“電子紋身”核心技術(shù)詳解 未來(lái)的可穿戴形式？

　　屈服點(diǎn)(yieldpoint)：一般來(lái)說(shuō)我們把材料從彈性形變(可恢復(fù))向范性形變(不可恢復(fù))轉(zhuǎn)變的那個(gè)點(diǎn)叫做材料的屈服點(diǎn)，一旦電子元件的應(yīng)變超過(guò)了屈服點(diǎn)，就可能造成損壞。

　　圖2中的FEA(有限元分析)結(jié)果展示了此設(shè)計(jì)所帶來(lái)的收益——電子紋身的形變發(fā)生時(shí)，主層的相對(duì)應(yīng)變超過(guò)100%，但電子元件(Electronics)的相對(duì)應(yīng)變則幾乎可以忽略不計(jì)(請(qǐng)注意不同的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn))，只是在連接線上，有輕微的應(yīng)變發(fā)生。

　　圖3展示了另一個(gè)動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)的FEA結(jié)果：當(dāng)電子紋身對(duì)折時(shí)，雖然主層的相對(duì)應(yīng)變高達(dá)80%，但電子元件的相對(duì)應(yīng)變，只有0.1%左右。

　　圖3：新型電子紋身在對(duì)折時(shí)，不同部位的相對(duì)應(yīng)變

　　現(xiàn)在，我們來(lái)研究一下這樣的設(shè)計(jì)究竟改變了什么：

　　首先，之字形的連接線能夠在整個(gè)電子紋身收縮時(shí)收攏，在伸長(zhǎng)時(shí)舒展，就像是一個(gè)緩沖帶，卸去了大部分原本應(yīng)該施加在電子元件上的應(yīng)力(應(yīng)力引起應(yīng)變);

　　其次，在直觀上，我們似乎看不出雙層保護(hù)膜的設(shè)計(jì)有什么作用，實(shí)驗(yàn)證明，其實(shí)雙層保護(hù)膜設(shè)計(jì)的重要性，并不比之字形連接線少。假設(shè)此電子紋身沒(méi)有電子元件，那么剩下的，就是柔軟的保護(hù)膜和連接線;當(dāng)堅(jiān)硬的電子元件加入時(shí)，整個(gè)電子紋身自然就會(huì)變硬，其楊氏模量(Young'smodulus，應(yīng)力與應(yīng)變的比值)就會(huì)提高。

　　如果主層使用的是超低彈性系數(shù)的材料，那么電子紋身的楊氏模量只提高15%;但如果主層使用了普通彈性材料，楊氏模量則會(huì)提高到原來(lái)的300%。

　　這意味著，主層采用超低彈性系數(shù)的材料，能讓整個(gè)電子紋身的“柔軟度”增加了20倍!這基本上讓整張電子紋身從盔甲變成了皮膚。另一個(gè)更大，也是更重要的好處就是一個(gè)“柔軟”的主層可以讓粘附在上面的電子元件具有更高的“自由度”，以便隨著主層“移動(dòng)”，這樣一來(lái)可以大幅減少電子元件所承受的形變。

　　再次，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)主層為超低彈性模量材料時(shí)，此電子紋身允許的最大相對(duì)形變?yōu)榇蠹s39.2%;而主層為普通彈性材料時(shí)，這個(gè)數(shù)值瞬間降到只有9.7%。

　　最后，相比于普通材料，實(shí)驗(yàn)中的超低彈性系數(shù)材料能將應(yīng)變的發(fā)生速率降低到1/20。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，雙層保護(hù)膜的設(shè)計(jì)讓整個(gè)電子紋身更柔軟，適應(yīng)于皮膚，并且不容易斷裂，同時(shí)還承擔(dān)了整體應(yīng)變的絕大部分，從而將電子元件可能發(fā)生的應(yīng)變減小、減緩了。

　　另外，F(xiàn)EA結(jié)果也顯示，厚度在200μm以下的主層不能有效地起到保護(hù)效果;而厚度大于300μm的主層的保護(hù)效果則不再提升，所以，此電子紋身選擇了300μm的主/副保護(hù)層設(shè)計(jì)。

　　超低彈性系數(shù)的主層，普通彈性系數(shù)的副層，再加上之字形排布的連接線，能將整個(gè)電子紋身的形變能力提升到人體皮膚的2倍。這里談?wù)摰男巫?，不僅包括軸向的拉伸和收縮，也包括翻轉(zhuǎn)、螺旋、折疊等等(如圖4)，因此，將此電子紋身附著在人體表面是沒(méi)有任何物理層面的問(wèn)題的，甚至人自身都可能感覺(jué)不到它的存在。

　　圖4：電子紋身的不同形變方式