近日，《科（kē）普時報》發表了來自北京航空航天（tiān）大學李宇航和清華大學吳堅教授的（de）文章，報道介（jiè）紹了清華大學馮雪教授領銜的柔（róu）性電子技術研究團隊（國家（jiā）重點研發計劃“973”項（xiàng）目團隊）經過5年攻關，提（tí）出了一係列新型可延展柔性光（guāng）子/電子集成器件，揭示了電子器件與人體組織交（jiāo）互的科學原理，為未來遠程（chéng）醫療、腦機結合、遠程互聯網提供了全新的科學視角和解決方案。

全文轉載如下：

人機新接口（kǒu） 柔性新器件

中國科學家研發新型可延展柔性光子/電（diàn）子集成器件

如何又快又好地與人體（tǐ）進行信息溝通和信息互換，最近有了新方法。科研人員們開發了一係列柔性電子集成器件，用它們與人體組織直接貼附，可實現對人體體征信息的（de）實時監測和檢（jiǎn）查。

清華大學教授（shòu）馮雪領銜的柔性電（diàn）子（zǐ）技（jì）術研究團隊（國（guó）家重點研發計劃“973”項目團隊）經過5年攻關，提（tí）出（chū）了（le）一係列新型可延展（zhǎn）柔性光子/電子集成（chéng）器件，揭示（shì）了電子器件與人（rén）體組織交互的科學原理，為未來（lái）遠（yuǎn）程醫療、腦（nǎo）機結合、遠程（chéng）互聯網提供了全（quán）新的科學（xué）視（shì）角和解決方案。相關成果發表在Science Advances、Advanced Materials等（děng）國際權威雜誌上。

以柔（róu）性（xìng）電子器（qì）件為媒介，建立人與外界之間的信息傳輸係統（tǒng）

“人機交互”是一個有魔力的詞語（yǔ），是從（cóng）人（rén）適應計算機到計算機不斷地適（shì）應人的發展過程。從91成人抖音輸（shū）入計算機信息表達91成人抖音的指令，到現在通過可延展柔性電子器件直接讀取人體的信息傳輸到計算機係統處（chù）理後展示給91成人抖音（men）。

那麽什（shí）麽是可延展柔性電子集成器件？在（zài）柔性襯底上大麵積、大規模集成不同有機/無機材料體係（xì）、不同功能元器件，構成可拉伸/彎曲變形的柔性信息器件與（yǔ）係統，具有（yǒu）質量輕、形態可變、功能（néng）可（kě）重（chóng）構的特點。

柔性電（diàn）子器件貼附於人體皮膚表麵 清華大學供圖

這種技術（shù）融（róng）合了有機半導體和無機半導體技術的發展（zhǎn），使無機半（bàn）導體器件具有可拉伸、可彎曲等變形特點，同（tóng）時（shí）兼備傳統無機集成器件和電路（lù）的高性能和高可靠性。柔性電子學顛覆性改變傳統信息器件/係統的剛性物理形態，實現信息與人／物體／環境的高效共（gòng）融，是後摩爾時代信息（xī）器（qì）件發展的最重要方向之一。

柔性電子概念的提出可追溯到對有機（jī）電（diàn）子學的研究，大約起步於上世紀八十年代，人們試圖用有機半導體替代矽等無機半導體，從而使得有機電子器件具備（bèi）柔性特點，此類技術又稱為塑料電子（Plastic Electronics）、印刷電子（Printed Electronics）、有機電子（zǐ）（Organic Electronics）、聚合體電子（Polymer Electronics）等。在隨（suí）後的30年間，柔性有機電子技術蓬勃發（fā）展，部分成果初步形成產業（yè），如柔性電子顯（xiǎn）示器、有機發光二極管（guǎn）OLED、印刷RFID、薄（báo）膜太（tài）陽能電池板、電子皮膚貼（Skin Patches）等。

2006年，美國伊利諾伊大學的Rogers教授（shòu）和西北大（dà）學的黃永剛教授課題組率先提出了可延展無機（jī）柔性電子的概（gài）念。他們將條帶狀矽薄膜轉印到預拉伸（shēn）的柔性襯底上（shàng），通過釋（shì）放襯底所受（shòu）的預拉變（biàn）形，使得矽薄膜發生屈曲變成連（lián）續的波紋狀，從而實現了在（zài）脆性矽薄膜不改變（biàn）其電子學性能的情況下具有（yǒu）柔性和延展性，可以承受彎曲和（hé）拉（lā）伸等變形。隨後又衍生出了一些（xiē）更優的結構設計，使得電（diàn）子（zǐ）器件的機械性能更加優良，可以承受拉伸、扭轉、彎曲等複雜變形，例如：雙向預應變釋放所形成的人字形矽薄膜、島橋結構（gòu）、蛇形互連（lián）結構、分形互連結構等。

這種新型電子器件的剛度比人體（tǐ）組織要小很多，因此（cǐ）在貼（tiē）附到人（rén）體組織上之後，不會造成人體的不舒適感。

可延展性能（néng）是它獨到力學特性，人體器官組織的表麵（miàn）形貌非常複雜，如果器件不具有可延展性，是無法貼附在複雜柔軟組織上的，但傳統導線是不具備延展性的。這種新型器件通過合理的力學設計（jì），可實現可延展性，並進一步實現與人體組織複雜表麵的（de）完全（quán）貼附。

這種電子器件（jiàn）的設計理念極大拓展了傳統電子器件的應用範圍可以通過集成探測溫度、應變、加速度等（děng）傳感元件在柔性（xìng）電子器件上實（shí）現對人體體溫、脈（mò）搏、呼吸、血（xuè）氧、血糖等（děng）一係列體（tǐ）征信息的（de）獲取，並通（tōng）過放大電路和無線傳輸技（jì）術，實時傳輸到外界終點並顯示給使用者，讓使用者快捷方便（biàn）的了解自己的身體信息。

柔（róu）性電子技術在健康、醫療（liáo）及重（chóng）大裝（zhuāng）備等領域的突破應用

據聯合國統計，到本世紀中期，中國將有近5億（yì）人口超過60歲，而這個數字將超（chāo）過（guò）美國人口總數。對（duì）於人體健康的關切成為未來社會需求的重要（yào）方向。世界衛生組織（zhī）在《21世（shì）紀的挑戰》報告中強調：“21世紀的醫學，不應該繼續以疾病為主要領域，應當以人的健（jiàn）康作為醫（yī）學的主要發展方向。”醫療模式逐漸從以診斷為主轉變為以預防為主，從疾病的治療和（hé）管理轉變為疾病的（de）預防和健康管理，從住院方式治療疾病轉（zhuǎn）變為日常保健預防疾（jí）病。健康醫療模式的轉變要（yào）求可與人體及其組織（zhī）集成（chéng）的器件，實現對生理信息動態實時（shí）的監（jiān）測，並通過數據的無線網絡實現遠程醫療。

特別是針對老年人慢性疾病和嬰幼兒體征的實（shí）時（shí）監測（cè），成為這種新型（xíng）醫療器件的重要應用。讓更多的（de）人可以通過（guò）遠程醫療的方式實現身體健康監測，降低醫療成本，更加普及大眾。

近期（qī）清華大學柔性電子技（jì）術團隊針對人體血氧、血糖含量研製了基於皮膚貼附的柔性電子器件，主（zhǔ）要針對糖尿（niào）病、血氧不足等疾病進行實時監測，這些成果（guǒ）分別發表在國際權威期刊Science Advances和Advanced Healthcare Materials（封麵文（wén）章）上。同時（shí）也針對人（rén）體（tǐ）呼吸、睡眠、脈搏（bó）等生理監測製備了一係列新型柔性（xìng）電子器件（jiàn）。

超薄類皮膚血糖、血氧、血（xuè）壓傳感器 清華大學供圖

除（chú）了上述理論研究工作上提出的新型器件，清華大學柔（róu）性電子技術團隊也在不斷努力實現產學研結合，將已製備的電子器件不（bú）斷商用化，設計和大規模製備價格低廉（lián）、且能夠監測人（rén）體體溫和心電信息的柔性電（diàn）子器（qì）件。目前這（zhè）兩款產品能夠（gòu）簡單的貼附在人體皮膚表麵，可反複使用，其中（zhōng）的心電貼在國際消費類電子產品展覽會（huì）（International Consumer Electronics Show，簡稱（chēng）CES）上被展覽會官方評審團隊評選為2018年CES創新獎，即年度傑出設計和工（gōng）程的消費電子科技產品，該獎（jiǎng）項在業界具有極高的聲（shēng）譽，是高新技術風向標。

除了在（zài）醫療領（lǐng）域外，該團隊將柔性電子技術融入重大裝（zhuāng）備方麵，並實現（xiàn）了突破性應用。高鐵和（hé）飛機是（shì）國家製造業發展的重要領域，隨著運行速度（dù）越來越快（kuài），麵對的環（huán）境更加複雜，安全（quán）性成為突出問題，該團隊成功地將柔（róu）性電子技術應用於（yú）高鐵、飛行係統中（zhōng），實現了同步（bù）監測，通過地麵控（kòng）製台同步實時持續穩定地獲取運輸、飛行狀態，保障高鐵和飛機的安全。

柔性電子技術讓“萬物互聯”更進一步

目前，柔性（xìng）電（diàn）子技術實現信息獲（huò）取、處（chù）理、傳輸、顯示以及能（néng）源（yuán）的柔性化，以其更好的生物兼容性實現“萬物皆互聯”，對未來（lái）的信息獲取、處理、傳輸等（děng）形式產生（shēng）顛覆性影響，必將在健康醫療、腦機融合、物聯網等領域產生變革（gé）性推動作用。

柔性電子技術（shù）已（yǐ）成為世界範圍內電子技術的研究熱點。2000年（nián），Science將柔性薄膜電子學與基因組學等並列為21世紀十大新（xīn）興科技（jì）。2010年，全球著名電子技術（shù）雜誌《電子工程時代》（EE TIMES）也將柔性薄（báo）膜電子學列為“全球十大新興技術（shù）”之（zhī）一。在（zài）柔性電子（zǐ）技術的獨特功能和用（yòng）戶最終的期望需（xū）求的驅動下，在眾（zhòng）多應用領域柔性電子技術必將取代傳（chuán）統剛性電子技術。

盡管已經做（zuò）出了一係列相關的成果，但這一（yī）領域的需求是非常廣闊的，清華大學柔性電（diàn）子技術團隊還在致力於將電子學、光學、力學、材料學、熱學、信息、人工智能等多學科科（kē）研工作者加入到柔性電子器件的設計、製備、應用中去，實現學（xué）科交叉融（róng）合，做出更有用、更便宜的（de）柔性電子器件（jiàn），更（gèng）好地為社會和廣大人民服務。

轉載來源：

《科普時報（bào）》

http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjwzb/html/2019-05/31/content_422427.htm?div=1