听过“电子纹身”（Electronic Tattoo）吗？早在 2013 年，Motorola 高级副总裁 Regina Dugan 就曾拿出看似普通纹身贴纸的产品。Regina Dugan 表示这款电子纹身是行动式智慧设备，可惜并未多展示充满未来感的那面。
2016 年 YouTube 一支影片，几位生物骇客展示将电子设备植入皮下的过程──设备差不多硬币大小，由一个印刷电路板、5 个表面贴装发光二极管（SMD LED）组成，由硅胶包裹，一块 3 伏特电池供电。
设备植入并受磁铁触发后，LED 灯会发光，皮肤会出现一朵梅花。
如果你觉得电子纹身只是厂商炒概念、科学怪人开脑洞，那就错了。
2018 年，美国卡内基美隆大学的科学家就将电子纹身写进论文，用液态金属合金涂覆银奈米颗粒，两者融合后形成电路，经过印刷，纹身就可轻松转移到皮肤，且导电性也很高。
当时参与研究的卡内基美隆大学助理教授 Carmel Majidi 表示：这是电子印刷领域的突破。
就在最近，中国科学家也联合打造出电子纹身。
2021 年 1 月 13 日，论文发表于《科学》杂志子刊《科学─进展》，题为“Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect”（可实现折痕放大效果的多层电子传递纹身）。
论文作者来自南方科技大学（深圳湾实验室生物医学工程研究所）、首都医科大学生物医学工程学院及中国科学院大学国家奈米科学技术中心。
什么是“电子纹身”？
看过前文，大概能对电子纹身下个定义：“能直接贴在皮肤上的超薄电路”。电子纹身可随着皮肤状态任意拉伸弯曲，可说是穿戴式设备的最高境界了。运作原理是 NFC（Near Field Communication，近距离无线通讯），能让设备靠近时交换数据的技术。
NFC 是在 RFID（无线射频身份辨识）技术的基础上结合无线连接技术研发而成，日常场景也为各类电子产品提供安全快捷的通讯支援。行动支付、文件传输、门禁、手机与车钥匙集合的背后，都离不开 NFC──转到电子纹身，NFC 可确保讯号传递。
▲ 苹果手机上的 NFC 功能。
其实电子纹身有很多用途，如耳机、无线收发器、电源、噪音检测器、测谎仪等等。作者也提到：“电子纹身在皮肤健康和运动感测有很大潜力。”
然而电子纹身目前问题是：固形性、黏性和多层性等特性不能并存，是研究人员设计新型电子纹身的起因。
多层电子传递纹身
研究人员设计出“多层电子传递纹身”，即 multilayered electronic transfer tattoo（下称 METT）。
为了组成多层电路模板，科学家用到两种材料，一是金属聚合物导体（metal-polymer conductors），二是弹性体嵌段共聚物（elastomeric block copolymer）。
METT 共有 3 层：
- 黏合层（adhesive layer）：很薄（~8μm）的压敏胶，受外部压力时，黏合层使 METT 与皮肤紧密附着。
- 释放层（release layer）：硅酮膜，主要目的是便于电路模板从释放膜剥离。
- 两者间的电路模组：含 3 层电路，每层都嵌有可拉伸导体的聚苯乙烯─丁二烯─苯乙烯（SBS）薄膜（~14μm）。
第一、二层电路上有应变感测器，数量分别为 11 和 4，第三层电路上有一个加热器。
▲ 科学家测试 METT 应变感测器的机电性能。
由于金属─聚合物导体（metal-polymer conductor）有良好延展、可重复性，因此可用作应变感测器。
如下图 A、B 所示，基于金属─聚合物导体的应变感测器电阻，随着拉伸应变增加而增加，METT 甚至可容易拉伸到 800%，远远超过皮肤最大变形度。
METT 可用于温度调节、运动监测和机器人远端控制，具高延展性（800%）、固形性和黏性，可做到折痕放大效果，因而能将聚集应变感测器的输出讯号放大 3 倍。事实证明，无需任何溶剂或加热，METT 就能在不同表面牢牢附着。
远端控制机器手臂
不仅如此，为了展示新型电子纹身的可扩展性，科学家更制造出 7 层 METT，当成可拉伸加热器。
上图 A 是 7 层加热器俯视图，每个电路层都包含一个基于金属─聚合物导体的加热器，两端有 2 个连接点，用于与其他层加热器形成垂直电连接。因此，7 个加热器就以串联方式连接电源。
上图 B 展示不同层基于金属─聚合物导体的加热器，透过连接点形成的电连接。
论文介绍，除连接点外，金属─聚合物导体透过 SBS 形成良好电绝缘，热成像时未发现短路。研究结论之一是，随着层数增加，纹身的顺应性随厚度增加而降低，两层电子纹身足以满足大多数功能。
科学家将 METT 实际应用──透过手指弯曲发出的讯号放大，透过蓝牙传输到机器手臂，因此 METT 能远端控制机器手臂，模仿人手动作时也不会出现异常震动。
论文表示，团队已透过 2 层 METT 做到以 6 个自由度远端控制机器手，透过 3 层 METT 以 15 个自由度远端控制机器手。
可肯定的是，未来电子纹身在医疗、VR 和可穿戴式机器人方面有巨大潜力。
- These temporary electronic tattoos could redefine wearables
- Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect
（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：影片截图）
