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三層電路貼在皮膚上，延展度 800%！這款「電子刺青」還能控制機器手

作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 12 日 0:00 |

聽過「電子紋身」（Electronic Tattoo）嗎？早在 2013 年，Motorola 高級副總裁 Regina Dugan 就曾拿出看似普通紋身貼紙的產品。Regina Dugan 表示這款電子紋身是行動式智慧設備，可惜並未多展示充滿未來感的那面。

2016 年 YouTube 一支影片，幾位生物駭客展示將電子設備植入皮下的過程──設備差不多硬幣大小，由一個印刷電路板、5 個表面貼裝發光二極管（SMD LED）組成，由矽膠包裹，一塊 3 伏特電池供電。

設備植入並受磁鐵觸發後，LED 燈會發光，皮膚會出現一朵梅花。

如果你覺得電子紋身只是廠商炒概念、科學怪人開腦洞，那就錯了。

2018 年，美國卡內基美隆大學的科學家就將電子紋身寫進論文，用液態金屬合金塗覆銀奈米顆粒，兩者融合後形成電路，經過印刷，紋身就可輕鬆轉移到皮膚，且導電性也很高。

當時參與研究的卡內基美隆大學助理教授 Carmel Majidi 表示：這是電子印刷領域的突破。

就在最近，中國科學家也聯合打造出電子紋身。

2021 年 1 月 13 日，論文發表於《科學》雜誌子刊《科學─進展》，題為「Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect」（可實現摺痕放大效果的多層電子傳遞紋身）。

論文作者來自南方科技大學（深圳灣實驗室生物醫學工程研究所）、首都醫科大學生物醫學工程學院及中國科學院大學國家奈米科學技術中心。

什麼是「電子紋身」？

看過前文，大概能對電子紋身下個定義：「能直接貼在皮膚上的超薄電路」。電子紋身可隨著皮膚狀態任意拉伸彎曲，可說是穿戴式設備的最高境界了。運作原理是 NFC（Near Field Communication，近距離無線通訊），能讓設備靠近時交換數據的技術。

NFC 是在 RFID（無線射頻身分辨識）技術的基礎上結合無線連接技術研發而成，日常場景也為各類電子產品提供安全快捷的通訊支援。行動支付、文件傳輸、門禁、手機與車鑰匙集合的背後，都離不開 NFC──轉到電子紋身，NFC 可確保訊號傳遞。

其實電子紋身有很多用途，如耳機、無線收發器、電源、噪音檢測器、測謊儀等等。作者也提到：「電子紋身在皮膚健康和運動感測有很大潛力。」

然而電子紋身目前問題是：固形性、黏性和多層性等特性不能並存，是研究人員設計新型電子紋身的起因。

多層電子傳遞紋身

研究人員設計出「多層電子傳遞紋身」，即 multilayered electronic transfer tattoo（下稱 METT）。

為了組成多層電路模板，科學家用到兩種材料，一是金屬聚合物導體（metal-polymer conductors），二是彈性體嵌段共聚物（elastomeric block copolymer）。

METT 共有 3 層：

黏合層（adhesive layer）：很薄（~8μm）的壓敏膠，受外部壓力時，黏合層使 METT 與皮膚緊密附著。

釋放層（release layer）：矽酮膜，主要目的是便於電路模板從釋放膜剝離。

兩者間的電路模組：含 3 層電路，每層都嵌有可拉伸導體的聚苯乙烯─丁二烯─苯乙烯（SBS）薄膜（~14μm）。

第一、二層電路上有應變感測器，數量分別為 11 和 4，第三層電路上有一個加熱器。

由於金屬─聚合物導體（metal-polymer conductor）有良好延展、可重複性，因此可用作應變感測器。

如下圖 A、B 所示，基於金屬─聚合物導體的應變感測器電阻，隨著拉伸應變增加而增加，METT 甚至可容易拉伸到 800%，遠遠超過皮膚最大變形度。

METT 可用於溫度調節、運動監測和機器人遠端控制，具高延展性（800%）、固形性和黏性，可做到摺痕放大效果，因而能將聚集應變感測器的輸出訊號放大 3 倍。事實證明，無需任何溶劑或加熱，METT 就能在不同表面牢牢附著。

遠端控制機器手臂

不僅如此，為了展示新型電子紋身的可擴展性，科學家更製造出 7 層 METT，當成可拉伸加熱器。

上圖 A 是 7 層加熱器俯視圖，每個電路層都包含一個基於金屬─聚合物導體的加熱器，兩端有 2 個連接點，用於與其他層加熱器形成垂直電連接。因此，7 個加熱器就以串聯方式連接電源。

上圖 B 展示不同層基於金屬─聚合物導體的加熱器，透過連接點形成的電連接。

論文介紹，除連接點外，金屬─聚合物導體透過 SBS 形成良好電絕緣，熱成像時未發現短路。研究結論之一是，隨著層數增加，紋身的順應性隨厚度增加而降低，兩層電子紋身足以滿足大多數功能。

科學家將 METT 實際應用──透過手指彎曲發出的訊號放大，透過藍牙傳輸到機器手臂，因此 METT 能遠端控制機器手臂，模仿人手動作時也不會出現異常震動。

論文表示，團隊已透過 2 層 METT 做到以 6 個自由度遠端控制機器手，透過 3 層 METT 以 15 個自由度遠端控制機器手。

可肯定的是，未來電子紋身在醫療、VR 和可穿戴式機器人方面有巨大潛力。

附圖：▲ 蘋果手機上的 NFC 功能。
▲ 科學家測試 METT 應變感測器的機電性能。

資料來源：https://technews.tw/2021/02/12/multilayered-electronic-transfer-tattoo/

ISSCC 2021這次獲選論文，來自台灣的研究成果共計12篇論文，學界部分共獲選87篇論文，分別由台灣大學2篇論文、清華大學獲選2篇論文、交通大學4篇論文；業界部分共4篇論文獲選，分別為聯發科(2454)2篇論文、台積電2篇論文入選。

交通大學獲選4篇論文，電機系陳科宏教授團隊入選3篇論文以及廖育德教授團隊1篇論文。陳科宏教授團隊將發表電源管理晶片之最新研究成果，包括用於可攜式裝置的電源管理晶片，為世界最小體積、最高效率、以及最小輸出電壓之間擾動的積體化的晶片；另一研究為目前世上擁有最高升壓以及高驅動能力，可以應用於MiniLED以及MicroLED的電源驅動的直流升壓轉換器，提供高對比度的畫面驅動能力；另將發表世界體積最小效率最高的氮化鎵驅動器，可提升具優異開關速度之氮化鎵電晶體的使用可靠度，成果將運用於5G通訊基地台、快充等領域。

廖育德教授將發表一個全整合無線慢性傷口照護監測系統單晶片，包含了醫療上可用於判斷傷口癒合情況的多模式生物因子電化學感測電路、改善傷口癒合速度的電流刺激電路、溫度感測器以及無線收發電路。

徵才機關：國立屏東科技大學
人員區分：其他人員
官職等：無
職系：無
名額：3
性別：不拘
工作地點：90-屏東縣
有效期間：109/07/29~109/08/11
資格條件：
國立屏東科技大學109學年度第1學期徵聘「研究人員」公告(家畜禽領域、無人載具領域及動物疫苗領域)

聘期自本校通知報到日起聘，以一年一聘為原則，但計畫期限在一年以內者，應依實際所需時間聘用，任期最長以三年為限。惟如因計畫持續需要，得聘期得至計畫執行期限結束時止。
（自本校通知報到日起聘） 公告日期：109年7月29日

■徵聘單位：研究總中心(家畜禽領域)
■徵聘職稱：講師級研究員
■名額：1名
■一般資格條件：具教育部認可之國內、外，動物科學、獸醫、環境工程或生物機電等相關系所碩士(含)以上學位。
■專長領域或特殊資格條件(含研究著作要求)：
家畜禽飼養管理及廢水循環經濟利用整合，如同時具有以下能力者，尤佳：
1.家畜禽飼養管理：動物繁殖育種、性能檢定與評估、各階段動物生產飼養管理、飼料配方技術與品管、飼料營養、飼料添加劑技術。
2.家畜禽健康管理：疾病監控、疾病防疫、預防醫學、動物防疫保健。
3.家畜禽智慧化飼養管理：畜舍規劃與設計、動物福址飼養管理、飼養設施智慧化應用、智慧化資訊傳遞路徑技術。
4.畜牧廢水處理與循環利用：有機化學、廢水處理技術與原理、廢棄物循環利用技術。
5.英文能力：需具備中等之英文溝通能力。

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■徵聘單位：研究總中心(無人載具領域)
■徵聘職稱：講師級研究員等級以上
■名額：1名
■一般資格條件：具教育部認可之國內、外相關系所碩士以上學位者。
■專長領域或特殊資格條件(含研究著作要求)：
如同時具有以下能力者，尤佳：
1.具使用於溫室及田間的智慧農業載具之機構及電控軟硬體開發經驗。
2.具馬達控制以及周遭電路設計經驗。
3.具機電系統整合、電子電路與印刷電路板設計、製作及測試經驗。
4.具GPIO、CAN、SPI, I2C, RS232/485等通訊介面及微處理器及嵌入式系統程式撰寫的經驗。
5.具應用於自駕車之影像處理及感測器應用的經驗。

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■徵聘單位：研究總中心(動物疫苗相關領域)
■徵聘職稱：助理教授級研究員
■名額：1名
■一般資格條件：具教育部認可之國內、外動物疫苗或生物科技相關領域之博士學位，研究經歷1年以上。
■專長領域或特殊資格條件(含研究著作要求)：
如同時具有以下能力者，尤佳：
1.具備實驗動物、細胞培養、蛋白質工程、轉錄體分析與次世代定序處理等技術能力。
2.具撰寫英文期刊論文與研究計畫之能力。
3.具英語溝通協調能力且能跨領域工作，積極主動且能參與團隊合作者。
工作項目：
■備註︰
※依本校「校務基金進用研究人員聘任辦法」第六條規定，校務基金進用研究人員聘期，以一年一聘為原則，但計畫期限在一年以內者，應依實際所需時間聘用，任期最長以三年為限。惟如因計畫持續需要，得聘期得至計畫執行期限結束時止。校務基金進用研究人員辦理續聘時，應提出聘任期間執行研究成果績效報告，並載明要求事項及檢據證明文件資料。
一、以上應徵之「一般資格條件」，須於公告截止日前（109年8月11日）已具有碩士/博士學位。
二、以上應徵之「專長領域獲特殊資格條件」中有關「實務工作經驗」之審核，本校將依教育部訂定公布「技專校院專業科目或技術科目之教師業界實務工作經驗認定標準」規定辦理。
三、報名期間︰自公告日起至109年8月11日止截止收件。
四、報名方式︰報名方式︰一律採書面方式報名，收件至報名截止日止。
(一) 郵寄方式報名：以郵戳為憑，請寄送至91201屏東縣內埔鄉老埤村學府路1號，國立屏東科技大學人事室收。
(二) 親送方式報名：以本校人事室「職缺收件章」收件日期為憑，請於報名截止日前之本校工作日期間親送至本校行政中心二樓人事室，交由人事人員收執，並加蓋「職缺收件章」。
※ 應檢附之證件不齊或逾期者，均不予受理。
工作地址：
聯絡E-Mail：
聯絡方式(含檢具文件)：
五、聯絡電話︰08-7703202轉分機6112 本校人事室朱專員。
六、應徵信封右上角請務必註明「應徵者姓名」及「應徵單位（領域）」；資格符合者由徵聘單位辦理後續審查事宜，不合者恕不退件及函復。如未獲錄取時需返還書面應徵資料，請附足額回郵信封以利郵寄。
七、報名需繳交表件︰(徵聘單位另有資料需求者，請依其需求辦理)
(一)現職工作佐證文件(國外任職證明文件須附中文譯本並經我國駐外單位驗證)。
(二)個人基本資料表（請詳細註明通訊地址、聯絡電話、行動電話及電子郵件信箱）。
(三)最近五年內著作一覽表。
(四)最高學歷畢業證書影本，畢業學校如係國外學歷須為教育部所認可且經我國駐外單位驗證有案者，須於公告截止日前取得之學歷始予採認。
(五)檢附相關實務工作經驗之證明文件影本。（須於公告截止日前之實務工作經驗始予採認）
(六)最高學歷歷年成績單影本，畢業學校如係國外學歷須為教育部所認可且經我國駐外單位驗證有案者。
(七)其他有利於聘審之資格證明文件。
(八)國立屏東科技大學個人資料蒐集聲明暨同意書。
※※（一 ~ 八）項資料請勿膠封，使用長尾夾固定成冊即可※※
八、請應徵者詳閱「本校個人資料蒐集聲明暨同意書」，確認同意相關事項後簽名，並隨同履歷資料繳件。
九、前述第七項（1款）所需之「個人基本資料表(word檔案)」、「個人資料簡表(校務基金進用研究人員)(Excel檔案)」表格，刊登於本校首頁（網址：http://www.npust.edu.tw/）點選「徵才資訊」及人事室網站首頁（網址http://personnel.npust.edu.tw/bin/home.php）最新消息、徵才求職，請自行下載相關表格使用；其中有關「個人資料簡表.xlsx(Excel檔案)」，請另行以E-mail方式逕傳送以下相關系、所承辦人：
項目 單位 郵件信箱
(一) 研究總中心 grsc@g4e.npust.edu.tw
十、應徵者之個人資料將用於本校此次徵聘研究人員之各項相關業務；且錄取後，將其個人資料供校務行政之用。
十一、本校聘任前依性侵害犯罪加害人登記報到查訪及查閱辦法第14條之規定，應申請查閱有無性侵害犯罪紀錄。
十二、本公告同時刊登於下列網站：
(一)行政院人事行政總處網址http://www.dgpa.gov.tw/點選「事求人」。
(二)本校首頁網址http://mportal.npust.edu.tw/bin/home.php 點選「求才資訊」。
(三)本校人事室網址http://personnel.npust.edu.tw/bin/home.php點選「最新消息」及「徵才求職區」。
(四)「全國就業通」網址https://www.taiwanjobs.gov.tw/Internet/index/index.aspx 點選「找工作」。
(五)「104人力銀行」網址https://www.104.com.tw/index.cfm。
(六)「教育部全國大專教育人才網」網址https://tjn.moe.edu.tw/index.php/點選「職缺訊息」。
(七)「科技部網站」網址https://www.most.gov.tw/?l=ch/點選「動態資訊/求才訊息」。