多伦多大学应用科学与工程学院的研究人员设计的一种新材料可以拥有如人体皮肤一样的延展性和韧性，并且能在低至-93°C的环境下工作。
多伦多大学官网显示，这种被称为“离子皮肤”或“iSkin”的物质可以令“可穿戴电子设备”乃至“软机器人”等技术获得增强。
水凝胶产品 图源New Atlas
该物质属于“水凝胶材料家族”。最近发表在《Advanced Functional Materials》杂志上的一篇论文中对此有详细描述。“水凝胶是一种交联聚合物，能够在其化学结构中容纳大量的水，”目前正在麻省理工学院作博士后工作的中国留学生Binbin Ying说，“人体内的许多组织都是水凝胶，其所具有的‘生物相容性’特征，令其被广泛应用于化妆品或人体组织工程等产品或及重要领域。我们想将它用于更柔软、灵活或可穿戴的电子产品中，因此我们为其添加了新的功能，例如机械拉伸性和导电性。”Binbin Ying在麦吉尔大学攻读研究生期间领导材料设计，同时，他在多伦多大学工程学院华人教授Xinyu Liu的实验室做访问博士生。Binbin Ying和Xinyu Liu领导的研究团队于去年推出了“iSkin”初代版本——无毒、自供电、能拉伸至原尺寸的400%；弯曲材料可导致其电导率发生相应变化——这意味着“离子皮肤”的物理运动可以被转换为电子信号。“治疗师可以将它贴在您的膝盖或肘部，以测量您的关节何时移动以及移动了多少。”Liu教授说：“我们还可以将其涂在手套上，令我们能够测量和跟踪手部的细微运动，进而用于控制机器人，促进各种人机交互。”除了Binbin Ying和Xinyu Liu，研究人员还包括华人本科生Ryan Chen，Runze Zuo与博士生Zhanfeng Zhou，他们正在协作探索“iSkin”的进一步应用。例如，分析涂抹在机械手上材料块发出的反馈信号，让机器人“感觉到”它自己正在抓取东西。结合人工智能算法，让机器人学会区分“软和硬”、“球体与立方体”，令其对物品进行适当分类。
机械手示意图：RobotWorx
但是，初代版本的“iSkin”并不完美——所有水凝胶应用都具有一个共同的缺点：当其中的水结成冰时，其冰晶会对复杂的聚合物基质造成严重损坏；同时，凉爽干燥的空气会把剩余的液态水从水凝胶中吸走。Binbin Ying和他的团队成员通过添加甘油来解决这个问题。甘油是一种无毒化学物质，被常用于从食品到发胶等多项领域——在仔细测试了数百种可能的配方后，他们现已开发了一种新的“iSkin”配方，其可以在不牺牲材料其他有用特性的情况下提高耐寒性。
新配方使水凝胶更容易粘附在皮肤、衣服及其他材料上。“我们把它粘在夹克外面，然后走进多伦多低于-10°C的冬天进行测试，其耐寒性和粘性均进一步增加了该材料的可应用范围。涂抹了“iSkin新配方”的分拣机械手，目前已可在低达-93℃的环境下工作。”该研究得到了加拿大自然科学和工程研究委员会和加拿大创新基金会等机构的大力支持。
