電子皮膚（e-skin）能夠模仿人類皮膚，是可穿戴技術不可或缺的一部分，已廣泛應用于機器人、醫療保健等領域。設計和制造具有多種功能的電子皮膚是當前研究的重點，它融合了多種結構和獨特性能的材料。目前已經報道了對各種機制和材料的一些研究，以使電子皮膚具有柔韌性、可拉伸性和敏感性。在材料層面，石墨烯由于其優異的電子、電氣和機械性能，是最適合制作電子皮膚的材料。盡管近年來在這一領域取得了顯著的進展，但制造多功能智能電子皮膚仍然是一個挑戰。

據麥姆斯咨詢報道，近日，印度RV工程學院（RV College of Engineering）、西安電子科技大學（Xidian University）和華盛頓州立大學（Washington State University）的研究人員聯合在IEEE Sensors Journal期刊上發表了以“Trends in graphene-based e-skin and artificial intelligence for biomedical applications-A Review”為題的綜述文章。文中以石墨烯為例，探討了電子皮膚的最新進展以及人工智能（AI）在可穿戴技術中的應用，并簡要介紹了人工智能和機器學習在醫學領域的優勢和局限性。

電子皮膚的結構和工作原理圖

電子皮膚是一種使用不同材料和結構設計制成的人造皮膚。對于實際應用，電子皮膚必須具有柔性、可拉伸性、多功能性、機械穩定性，并且能夠以低成本進行大面積制備。石墨烯基材料最能滿足這些要求。在生產石墨烯的不同方法中，基于激光誘導的石墨烯（LIG）由于其多孔性和3D結構，是可穿戴傳感器的理想材料。然而，激光誘導方法受到一些問題的挑戰，需要潛在的研究關注。

還原氧化石墨烯/聚氨酯導電海綿的機械示意圖

配備觸覺傳感器的電子皮膚在心臟脈搏監測和心電圖記錄方面已經顯示出超越生物皮膚的能力。但電子皮膚的制造具有固有的挑戰：

（1）首先，所用的傳感器是常規的，響應范圍窄。因此，在可穿戴技術研究中，配備高靈敏度傳感器的電子皮膚是一個利基市場。

（2）其次，集成不同的壓電、電容或摩擦電傳感器是實現多功能電子皮膚的必要條件。因此，具有能夠適應不同傳感機制的通用平臺的電子皮膚對于有效模仿人類皮膚是非常理想的。

（3）第三，柔性電子器件是電子皮膚的固有要求，為了充分發揮其潛力，必須使現有的剛性平面電子器件具有柔性。納米材料的使用是該領域的一個潛在解決方案。

（4）基于電子皮膚的可穿戴設備的壽命取決于化學穩定性和機械耐久性。傳感性能的巨大改進和可觀的耐用性是當前所需。

（5）為了實現電子皮膚的經濟制造，印刷非平面傳感器是一條有待探索的潛在途徑。

（6）從醫學角度來看，可穿戴器件的生物相容性是必要的；然而，這一領域仍然缺乏重要的研究關注。

（7）自供電電子皮膚是一種通過最大限度地減少能源使用來實現可持續發展目標的新策略。電子皮膚的大面積低成本組裝需要即刻關注，這與柔性集成電子器件相結合，可以徹底改變醫學和醫療保健，增強人機交互。

總的來說，未來的研究應該致力于制造柔性、可拉伸、自供電和自修復的電子皮膚，以將靈敏度與設備壽命相結合。除此之外，未來研究的重點是增強皮膚相容性、抗彎曲性以及基于微型多傳感平臺的電子皮膚的開發，這將使生物傳感成為人們關注的焦點。

石墨烯基電子皮膚的廣泛應用

人工智能（AI）正在改變我們對傳統治療方法及其各種操作的看法，從而有助于改善從常規任務到數據管理和藥物開發等一切任務。醫學領域總是抓住每一個改進和發展的機會，目前正在選擇機器學習和人工智能用于其大部分任務，例如診斷、藥物開發、臨床試驗療效、檢測、患者護理以及風險管理等。盡管人工智能正在迅速發展，但它也有一些局限性。其中一個主要的固有限制是數據，特別是“數據偏差”。機器學習模型的訓練需要大規模的數據，特別是那些涉及檢測和診斷的應用。例如，如果獲得的數據只反映某一特定人群，那么它可能不適用于一般人群，從而產生不準確的結果。另一種可能發生數據偏差的情況是，當人工智能模型提供的數據不完整或不充分時，在這種情況下，特定的集群可能無法得到適當的處理。

開發機器學習模型需要關于一種現象的結構良好的訓練數據，這種現象隨著時間的推移保持相對穩定。偏離這一點會導致“過度擬合”，即人工智能過度重視過去數據中的虛假相關性。

另一個令人擔憂的問題是人工智能取代醫生。智能醫療技術的存在主要是為了幫助醫生照顧病人，從而改善病人的管理，而不是完全取代他。傳統的身體檢查仍然需要醫生，尤其是在神經病學等領域，這需要高水平的醫患互動和批判性思維。盡管最近的研究表明，人工智能和醫生提供的解決方案在觀點上有所不同，但在當今，替代的可能性并不完全真實。

總體而言，未來的潛力在于制造低成本的大面積智能皮膚。石墨烯由于其結構特征，是一種已被證明可用于制造基于多功能電子皮膚的可穿戴設備的材料，在仿生學領域具有巨大潛力。在人工智能和機器學習的幫助下，電子皮膚可以將現有的醫學和醫療保健發展到超出人類能力和范圍的程度。

審核編輯：劉清