韩国发明人造皮肤可感知温度和压力(电压力锅是怎样检测和感知压力的？)

韩国首尔大学的生物医学工程师日前开发出了一种质感柔软、有伸缩性能的智能人造皮肤，它可以通过材料中的微型感知装置感受温湿度、压力和各种触觉。智能人造皮肤用超薄膜聚酰亚胺和单晶硅纳米材料制成，可感知温度、湿度、压力、变形等触觉的装置以及为皮肤加热的纳米发热体被移植于透明材料中。触觉装置可感知接触皮肤物体的温度和湿度，皮肤所承受的压力可通过皮肤伸展程度来测定，材料内置的发热体可维持皮肤温度。经实验测定，智能人造皮肤的触觉和发热功能在弯曲手腕、握拳和握手等皮肤拉伸达30%~50%的情况下仍可正常工作。由于它的伸缩性较好，预计将可被用于制造手腕等对皮肤伸缩性要求较高的人造器官。此外，研究人员还在试验中成功将人造皮肤所感知的触觉信号通过老鼠的末梢神经传导给了老鼠大脑。这意味着今后人类将可以利用装有人造皮肤的人造器官感受到外界刺激。首尔大学研究团队的金教授指出，人造胳膊已在世界上试验成功，相信再过几年，人造胳膊就可以装上跟真正皮肤一样的人造皮肤

电压力锅是怎样检测和感知压力的？

电压力锅的压力检测方法及装置,目的在于可以连续性地精确检测控制电压力锅内压力。本发明将应变计放置在压力锅之内锅外围,并利用一个传动臂,感知内锅的膨胀量。当内锅膨胀时,传动臂将内锅膨胀量转换为一个位移量,使应变计的弹性基体变形;变形的弹性基体使敏感箔材的电特性也随之变化而产生的可控电信号输送给中央控制器,通过中央控制器运算,输出控制信号和显示信号。本发明的压力检测装置,包括应变计、传动臂、中央控制器等。应变计放置在压力锅之内锅外围,并通过适当的方法固定应变计。本发明不仅可以应用于电压力锅的压力检测和控制,而且也可以用于电熨斗、电热水器等需要监测压力或温度的家用电器。 ;1.一种电压力锅的压力检测方法,其特征是:采用应变计作为检测器件,将应变计放置在压力锅外壳与内锅之间空间的某一适当位置,并利用一个传动臂,感知内锅的膨胀量;当内锅因高压膨胀时,传动臂将内锅膨胀量转换为一个位移量,推动应变计的弹性基体相应地变形;变形的应变计弹性基体使附着其上的敏感箔材的电特性也随之变化;因电特性变化而产生的可控电信号输送给中央控制器;中央控制器对接收的电信号予以运算,输出控制信号和显示信号。;

金属智能材料

2、智能材料的分类
2.1 按产生方式分类
智能材料按产生方式可分为天然生物智能材料和人工智能材料。
前者主要指有机活体，如人和动物的皮肤、骨骼、肌肉、脏器、血液、毛发等；后者是人为制造的具有智能功能的材料，一般简称为智能材料，是高科技发展的产物，它大多是在前者的启发下而发展的，这时又称为生物拟态材料。
2.2 按驱动方式分类
智能材料结构按驱动方式可以分为两种类型：
一类是嵌入式智能材料，又称主动式智能材料；另一类是材料本身具有一定的智能功能，又称被动式智能材料。
前者在基体材料中嵌入具有传感动作和控制处理功能等三种原始材料。传感元件采集和检测外部环境给予的信息，控制处理器指挥激励驱动元件执行相应的动作，即材料在感知所发生的变化后，需要通过外界的反馈系统作用在材料上使其发出所需的变化，如压电陶瓷传感器与压电陶瓷驱动器结合起来，通过外部反
馈电路进行驱动；后者是某些材料微结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间改变自己的性能。例如自滤波玻璃、变色太阳镜和受辐射时性能自衰减的InP半导体等。
2.3 按材料基质的不同分类
智能材料按材料基质的不同又可分为如下几类：
2.3.1 金属系智能材料
可以通过在1微米尺寸的微小空穴内埋入一种断裂时能产生声波的物质来检知裂纹，判断材料结构本身的寿命和预告异常现象，并利用材料中埋入的另一种物质（能产生应力、相变），受裂纹部位应力作用所产生的相变来抑制和自己修复裂纹，或者利用材料中所含的成分自动析出来填充间隙实施自己修复。日本等国正在研究使金属材料具有如下功能，即当材料发生变形、裂纹等损伤和性能恶化时，借助颜色、声音、电信号等检知这些现象的自我诊断功能! 以及利用由应力引起的相变使应力集中缓和的自我修复功能。
2.3.2 无机非金属系智能材料
智能陶瓷具有很多特殊的功能，它能像有生命的物质例如人的五官那样感知客观世界，并且这类陶瓷还可能动地对外作功，发射声波、辐射电磁波和热能，以及促进化学反应和改变颜色等对外作出类似有生命物质的智慧反应，很多智能陶瓷具有自修复和候补功能，它使材料能抵抗环境的突然变化，部分稳定的抑制开裂就是一个很好的例子，它的四方—单斜相变!能自动在裂纹起始处产生压应力来终止裂纹扩展。在纤维补强的复合材料中，部分纤维断裂释放能量，从而避免材料整体进一步断裂。陶瓷变阻器和正温度系数热敏电阻是智能陶瓷，在高电压雷击时，氧化锌变阻器可失去电阻，使雷击电流旁路入地，该电阻像候补保护那样可自动恢复，电致变色是指材料在电场作用下而引起的一种颜色变化!这种变化是可逆的并且连续可调。利用电致变色材料的这种性质构造的玻璃窗具有对通过的光和热的动态可调性，这种玻璃装置称为智能窗。颜色的连续可调意味着透过率、吸收率及反射率三者比例关系的可调。至于智能混凝土和智能建材等!在工程和建设中有着更广泛的应用。
2.3.3 高分子系智能材料
高分子凝胶为高分子在溶剂中的三维网络，其大分子主链或侧链上有离子的解离性、极性和疏水基团，类似于生物体组织，它可因溶剂种类、盐浓度值、温度的不同以及电刺激和光幅照不同而产生体积变化。它是基于分子水平（分子结
构）、高分子水平（结构和形态的变化）大分子间水平（大分子间相互作用、可动离子压力及熵压力）变化的刺激响应性。智能高分子材料作为生物医用材料，其应用前景明确，如用它制成药物释放体系载体材料，则这类DDS可依据病灶所引起的化学物质或物理量（信号）的变化，自反馈控制药物释放的通—断特性。如血糖浓度响应的胰岛素释放体系，可有效地把糖尿病患者的血糖浓度维持在正常水平，这是利用多价羟基与硼酸基的可逆键合作为对葡萄糖敏感的传感部分。
高分子膜材具有物质渗透和分离功能!现正以生物膜的模型研究开发刺激响应性多肽膜。利用可逆的构像及分子聚集体变化，制成稳定性优异的膜材，它对物质的渗透速率可随钙离子浓度、pH值及电场刺激而变化，这类研究集中于增大响应敏感度和改善其通—断控制等。

6.1在军事领域中的应用
6.1.1 智能蒙皮
光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中，或者在武器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件和微处理控制系统制成的智能蒙皮，可用于预警、隐身和通信。
结构监测和寿命预测
采用光纤传感器和聚偏氟乙烯传感器的智能结构可对机翼、机架以及可重复使用航天运载器进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测；
空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构，可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤，对损伤进行评估，实施自诊断。
6.1.3 环境自适应结构
智能结构制成的自适应机翼，能够实时感知外界环境的变化，并可以驱动机翼弯曲、扭转，从而改变翼型和攻角，以获得最佳气动特性，降低机翼阻力系数，延长机翼的疲劳寿命。在机翼结构中使用磁致伸缩致动器，可使机翼阻力降低85%。
6.2智能材料与住宅智能化
6.2.1 多功能砖
具有变通性和智能性。
主要由四个分层构成：
第一层是功能层，能感受来自周围的声能、热能、光能，并能控制这些能量的输出；第二层是通讯层，能为居住者提供内外通信联系的通道；第三层是输送通道，可以用来输送水和其它材料；第四层面膜是砖材的最上层，也具有多功能性。如壁膜可以使墙壁产生不同的色彩和图案；传感膜可以接收声波、热能和可见光并予以减弱或增强；地膜可产生耐久的色彩和图案；界面膜可连接内外通信线路。
6.2.2 食物器皿
在毫微塑料的桌面上旋转的碗不仅能测知食物的存在，而且可以根据用户的需要自行形成各种形状的碟子，供准备、烹调和上菜时使用。并且这种盛食物的碗还具有保温和在不使用冰箱的情况下保鲜的功能。
6.2.3 座椅
用毫微塑料制作的坐椅不仅功能将大大增加，而且也将增加舒适程度。
使用毫微塑料能改变椅座面的柔韧性和弹性，也可以形成各种型式的椅座面。
毫微塑料可以形成所需的任何图案或结构，还能改变座椅本身的结构。
由于不同年龄段的人对温度舒适性的要求有很大区别，座椅还可以随心所欲地升温和降温，甚至对人们喜爱的舒适温度具有记忆功能。
6.3与现代医学相联系的智能材料
6.3.1 人造肌肉
生物弹性材料能模拟活体生物，而且其力量 和反应速度均接近于人体的肌肉。生物弹性材料可以应用于人体组织的修复， 具有与生物体的相容性，随着伤口的愈合，这种聚合物就会在体内逐渐降解，最后将会 消失。
人造皮肤
意大利比萨大学的科研人员为了使机器人与真人更接近，让它的皮肤具有感觉功能，研制成功一种人造皮肤智能材料。
材料可以感知温度、热流的变化以及各种应 力的大小，并且有良好的空间分辨力。这种智能材料还可以分辨表面状况，例如,粗糙度、摩擦力等。
6.3.2 在药物自动投入系统上的应用
科学家正在研制一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张收缩的聚合物，这种聚合物可制成人造胰细胞，将它注入糖尿病患者的血液中，小球就可模拟胰细胞工作，使病人的血 糖浓度始终保持在平常的水平上。

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