瑞士研究团队受木蛙启发出自修复长寿命电子皮肤-FNSZ深圳3D打印展会

2025年6月16日，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)研究团队在《Communications Materials》发表研究，展示了一种可3D打印的自修复多感官电子皮肤(e-skin)。该材料受木蛙皮肤低共熔溶剂(DES)化学启发，通过双网络颗粒有机凝胶(DNGOG)结构，实现了机械变形、温度、湿度等多刺激的选择性检测，同时具备优异的自修复能力与环境适应性。

仿生设计破解传统电子皮肤痛点

传统电子皮肤多基于水凝胶或离子凝胶，虽具备传感功能，但存在两大核心缺陷：无法区分不同刺激类型(如温度变化与机械压力)，且在干燥、低温环境中易失效。木蛙通过分泌胆碱衍生物与葡萄糖形成低共熔溶剂，在零下温度下防止细胞冻结。受此启发，研究团队将甘油与胆碱 chloride 组成的低共熔溶剂引入有机凝胶，构建了由聚丙烯酰胺(PAAm)网络连接的聚丙烯酰胺磺酸盐(PAMPS)微凝胶颗粒结构。

材料性能与技术突破

多感官选择性检测：通过离子电导率变化响应机械应变(应变系数0.22)、温度(-20°C至50°C范围内稳定)和湿度(相对湿度20%-80%敏感)，并利用长短期记忆(LSTM)神经网络实现刺激分类，准确率达98%。

自修复与环境鲁棒性：受损后10秒内可恢复97%的杨氏模量，在室温下储存14天仍保持性能稳定，且抗冻、抗干燥能力显著优于传统水凝胶。

3D打印适配性：利用直接墨水书写(DIW)技术，可打印复杂3D结构如手指套、机器人外壳，厚度控制精度高，且打印后机械性能与模塑材料相当。

从实验室到产业：潜在应用

该电子皮肤在软机器人抓握力控制、假肢触觉反馈、医疗设备生理信号监测等领域具有广阔前景。特别是其在极端温度下的稳定性，可满足航空航天、极地科考等特殊场景需求。团队已实现材料量产工艺优化，并计划与医疗设备厂商合作，开发用于伤口愈合监测的智能绷带。这一突破为仿生电子材料的实用化迈出了关键一步，或将重新定义下一代可穿戴技术的性能标准。

文章来源：FNSZ深圳3D打印展会

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