工程师和科学家开发出一种能够检测温度变化的人造皮肤。它采用的机制类似于蝰蛇感知猎物时所依赖的器官。
这种材料可移植到假肢上，帮助截肢者恢复温度感知能力。它还可用于急救绷带，在伤口温度升高（这可能是感染的迹象）时提醒医护人员。
一篇介绍这种新材料的论文发表在《Science Robotics》上。
加州理工学院的基娅拉·达赖奥（Chiara Daraio）带领的团队在培养皿中制造合成木材时，发现一种材料在实验室里会对温度变化产生电学响应。后来他们发现，导致这种温度敏感性的成分是果胶——一种存在于植物细胞壁中的长链分子。
“果胶在食品工业中被广泛用作凝胶剂；制作果酱就会用到它。因此，果胶易于获取，价格也很低廉，”达赖奥说。她是工程与应用科学部机械工程与应用物理学教授。
团队对此产生兴趣，转而研究果胶，最终制成了一种由果胶和水构成的薄型透明柔性薄膜，厚度可薄至20微米（相当于一根人类头发的直径）。薄膜中的果胶分子具有由弱键连接的双链结构，其中含有钙离子。温度升高时，这些键会断裂，双链随之“解开”，释放带正电荷的钙离子。
研究人员推测，游离钙离子浓度增加或其迁移能力增强（很可能两者兼有），会使材料整体的电阻降低；将电极嵌入薄膜并连接万用表，即可检测到这种变化。
这种薄膜感知温度的机制与蝰蛇的颊窝相似，但并不完全相同。蝰蛇可通过检测辐射热，在黑暗中感知温暖的猎物。在这些器官中，感觉神经纤维细胞膜上的离子通道会随温度升高而扩张。这种扩张使钙离子得以流动，从而触发电信号。
现有电子皮肤能够在5摄氏度的温度范围内感知小于十分之一摄氏度的温度变化。在45摄氏度的温度范围内，这种新型皮肤可感知小一个数量级的变化，其响应度则比其他电子皮肤高两个数量级。
目前，这种皮肤能够在约5至50摄氏度（约41至158华氏度）的温度范围内检测这些细微变化，适用于机器人和生物医学领域。
接下来，达赖奥的团队希望将适用温度上限提高到90摄氏度（194华氏度）。这样一来，果胶传感器便可用于工业领域，例如作为消费电子产品中的热传感器，或用作增强人机互动的机器人皮肤。为此，他们需要改变目前的材料制造工艺，因为该工艺会使材料中残留水分，而水在高温下容易起泡或蒸发。
合作方来自苏黎世联邦理工学院和萨莱诺大学。这项研究由瑞士国家科学基金会资助。
