类似皮肤的新型电子设备可以与身体无缝集成，用于健康监测、药物治疗、植入式医疗设备和生物学研究。

在 Polsky 创业与创新中心的帮助下，芝加哥大学普利兹克分子工程学院分子工程助理教授 Sihong Wang 为这些新型设备的构建模块获得了专利。

这项工作利用半导体物理学、固体力学和能源科学领域的创新，包括创造可拉伸的聚合物半导体和晶体管阵列，它们提供卓越的电气性能、高半导体性能和机械可拉伸性。此外，Wang 还开发了摩擦纳米发电机作为从用户运动中获取能量的新技术，并设计了相关的能量存储过程。

Sihong Wang 研究组专注于开发可以将电子与生物系统结合的软聚合物材料和设备。图片来源：Sihong Wang

王指出，我们的目标是结合这些进步来开发可以粘附在用户皮肤或体内的设备，以比目前可用的选项“更有效”地实时检测生命信号，并补充说这项工作是其中之一。材料科学和电子工程领域发展最快的领域。

在过去的十年中，开发可以与人体更紧密地工作的电子产品的总体方向确实引起了学术界和工业界的大量关注，因为人们已经看到了巨大的差距，也看到了以更亲密的方式为人体工作的电子产品的巨大机会。

抓住这个机会，王先生正朝着多个方向进行研究。

“我们创造了一种新结构，并根据我们对一种新型压力传感器的开发，通过 Polsky 申请了专利，这种压力传感器可以像皮肤一样伸展，但性能没有变化，”Wang 解释说。

与同事 Stacy Lindau，医学博士，MA，妇产科和医学-老年病学教授和生物科学部研究实验室主任，以及 Sliman Bensmaia，James 和 Karen Frank 家庭有机生物学和解剖学教授合作，Wang 是使用这种传感器创建一个神经修复系统，该系统将植入乳房切除术患者的皮肤下。被称为仿生乳房项目，其目的是恢复乳房区域的感觉。

“这种传感器的工作原理类似于乳房中的传感感受器，通过将其转换为电信号来感知物理接触/运动，”Wang 说。

这些传感器还可用于为软机器人开发所谓的电子皮肤，使它们能够以新的方式感知和感知。然而，在接下来的五年里，预计这项工作最直接的应用将是一种从身体中提取多种类型信号的设备，例如脉搏和血压。

展望未来，目标是检测汗液中不同生物标志物的信号。

在目前的医疗实践中，获得一组生化信息的唯一方法是通过验血，这不仅是侵入性的，而且不是即时的，这将是另一个重大的游戏规则改变者，让每个人都能以更有效和更频繁的方式获得健康状况。 Wang 最近发表了前两篇著作，概述了实现具有高灵敏度和选择性的可拉伸生物传感器的策略。

类皮肤设备的另一个关键组件是与用户交流的柔性显示器。为此，王和他的团队开发了另一种重要的新型材料：电致发光聚合物。高效，聚合物发出明亮的光，并在拉伸时保持性能。

为了完成这项工作，该团队还在探索将设备与人工智能 (AI) 结合起来。

面向未来，可穿戴设备的成功将在于它们能够不断地从人体中提取和监测健康信息，那么生成的数据与现在相比，将是真正的‘大数据’，只有测试报告的快照。

与所有数据集一样，下一个问题是如何以高吞吐量的方式有效地分析和提取有用的健康信息。

“我们正在尝试开发一种新型的计算设备和平台，它可以真正有效地直接在皮肤或身体上实现人工智能或机器学习算法，而无需依赖将信息无线转移或传输到云等中央计算位置，”Wang解释道：“分析可以更快，并且您不会有从这些无线传输中丢失非常私人的健康信息的风险。”

基于半导体的计算平台是一种“神经网络计算机”，其灵感来自大脑的工作方式。

最终可以帮助实现精准医疗，对于每个人，设备收集的数据可以通过个性化程序进行分析，为您提供最有用和最有效的事情，提供闭环干预来控制您的健康。我们的目标是创造出不仅在机械特性上而且在其功能和运作方式上都模仿人脑的东西。

“总的来说，到目前为止，人工智能更多地属于计算机科学研究的范畴，”Wang说：“但对于我们作为材料科学家来说，我们正在从不同的角度进行研究。”

该研究发表在Advanced Materials and Matter上。