想象一下： 当在你的手指尖打印上一种几乎“无感”的微纳米生物电子纤维，随后当你触碰到别人的时候，就能同时读取自己和对方的心电信号......
这并不是幻想，而是清华本科校友、英国剑桥大学博士毕业生、目前已全职加入香港科技大学（广州）的王文宇的最新论文成果。
他表示，如果将这种技术用于婴幼儿的健康监测，无需在婴儿身上连接任何器件和贴片，只需在父母手上打印这种生物电子纤维，当父母抱起婴儿时，就可以检测到婴儿的心电信号。
总的来说， 本次报道的生物电子纤维，可以个性化地贴合于人体和多种生物组织表面。
其轻薄透气的特性让人们几乎感受不到纤维的物理存在，实现了从超舒适“无感”健康监测、有机电化学二极管、植物与电子织物传感界面的广阔应用，开拓了绿色可持续的自定义生物电子器件。
目前，基于这项成果，研究人员已在剑桥大学产业转化中心的支持下申请了国际专利。
概括来说， 本次成果最有希望用于智能健康和人机交互。
在智能健康上：
这种“无感”生物电子界面可以实现长时间舒适的电生理监测，在佩戴者几乎感受不到该界面物理存在的情况下，实现心电图和肌电图的高质量监测。
如能结合人工智能对于健康数据的智能分析，则能为居家连续健康诊断和疾病预警提供解决方案。
在人机交互上：
这种生物电子界面可以增强人体皮肤的感知功能和触觉功能，能在不影响人体正常运动和皮肤正常触觉功能的前提下增强感知能力。
这样一来，用户无需佩戴厚重的手套等设备，也能实现出色的增强感知，进而能更好地用于运动分析和游戏等场景。
此外，该团队还研发出一款自适应打印技术，可以按需将该电子界面个性化地打印到人体或其它生物组织表面。
该打印技术能耗极低（仅需约 10W），且具备较强的普适性和通用性。
其不仅适用于已有的生物电子材料体系，也适用于新开发的其它材料体系。
研究中，课题组通过实验证明基于酸碱颜色指示的纤维材料体系，能够使用本次自适应打印技术进行打印。
由此可见，这种自适应打印技术可以充当一种平台型技术，为新材料和新功能的开发提供基础的平台。
据介绍，生物电子界面——是沟通生命系统和人造设备之间的重要桥梁，对于健康医疗、人机交互、基础科学探究有着重要意义。
为了便于生命系统和电子设备之间高效的信息交互，生物电子界面要满足和人体、或和其他生命系统的良好匹配与贴合。
即在不影响生物体正常生理功能的情况下实现传感功能，这就要求新一代的生物电子器件必须具备良好的呼吸透气性和柔软性。
同时，还能与形态各异的生物组织实现个性化的贴合和适配。
然而，现有的智能手表等可穿戴器件，并不能与人体紧密贴合，无法实现生理电信号的实时交互与传感。
近年来，智能贴片等器件的开发，促使了这一领域的进步。
但是，当智能贴片或其他贴合皮肤的薄膜电子界面被制备得越发轻薄和越发柔软的同时，器件的转移贴合便成为一个新的难题。
许多非常轻薄柔软的薄膜器件，在转移贴合的过程中很容易被损坏。而且，依旧难以实现与弯曲人体、或与其他生物组织的匹配贴合。
那么，到底该如何实现“无感”生物电子器件的个性化制造？
首先, 来谈谈个性化——它指的是器件能够适应形态各异的生物系统，也能适应生物系统的生长和自身的变化。
对于“无感”可以从以下两个方面理解：
首先，器件本身要足够的轻薄和透气，并且具有和生物组织相似的柔性和可拉伸性。
其次，器件与生物体贴合匹配的过程也要“无感”。举例来说，很多薄膜器件或贴皮式器件，都需要按压等步骤来完成贴合。
而这对于许多柔软的生物组织比如胚胎等，都会产生一定程度的损害。
因此，真正理想的器件与生物的结合，应该是一个能在无需外部施压的条件下实现“无感”器件转移贴合的匹配过程。
据介绍，王文宇的博士和博士后均在剑桥大学完成。当时，他所在的课题组致力于开发融合生命系统和人造设备的器件。
新冠疫情期间，他们曾研发了 3D 打印型可穿戴呼吸传感器。
基于上述成果，他们开展了本次研究，最终让电子器件和生物系统的距离更进一步，从可穿戴即佩戴在口罩或身体表面的器件，发展到能够实现与人体皮肤的无缝贴合。
然而，在刚开始这项研究的时候，他们发现要想实现传感界面、与皮肤或生物组织的超级匹配的无缝贴合，会给个性化生物电子界面的制造带来极大挑战。
原因在于：传统的传感器制造工艺，都是基于平面和标准化的器件制造的。
然而，人体皮肤和其它很多生物组织，要么是弯曲的、要么是形态各异的，并且都处于不断生长、或形态变化之中。
因此，尽管 3D 打印技术具备个性化制造的能力，但其设计路径和路径规划都非常繁琐，而且也难以适应生物体的实时生长变化。
后来，他们从蜘蛛结网中获得了启发。蜘蛛能根据自身所处的环境以自适应的方式结网。
不论是墙角还是树丛，蜘蛛都能根据环境实时地调整蜘蛛网，而不像人类的传统制造工艺那样需要经历设计建模、制造安装等复杂过程。
在此启发之下，他们研发了自适应的纤维打印工艺技术，其优势在于无需提前进行建模和设计，即其打印和成形均依赖于目标生物组织的物理性状。
这使得微纳米生物电子纤维在实时打印的过程中，能够自适应地贴合植物、人体指头、生物组织胚胎等表面。
同时，对于自适应打印技术来说，它是直接在生物组织上实时打印生物电子界面。
这不仅能免除器件转移贴合等繁琐步骤，也能提高器件的制造成功率。
并且，这种直接打印的过程，能让生物电子纤维在尚未完全干燥的情况下，与皮肤通过浸润过程实现贴合，从而能够免去器件贴合的额外步骤。
更重要的是，浸润贴合的方式能让生物电子纤维，与皮肤上几十微米级别的特征比如指纹实现贴合和匹配。
再后来，通过优化材料体系和打印制造技术，他们打造了这种具有传感功能的生物电子界面。
其能在人体皮肤、动物组织、植物上直接进行打印，进而实现“无感”的健康监测和增强感知。
研究期间，课题组还开展了志愿者人体实验。
由于需要在人体测试传感器件，并在不同的人身上打印该器件，以便测试打印工艺和传感技术的可重复性。
因此，他们邀请剑桥大学不同学院的同学来参与实验，这些同学分别来自数学、计算机、历史、人文、工程、商科、建筑等专业。
当他们来到实验室亲自感受自适应打印和传感界面体验时，王文宇发现与不同背景的同学交流很有意思。
比如，商科专业的同学很感兴趣于本次技术的实用性，历史专业的同学向研究人员讲解了人类利用纤维的历史进程、以及人类对触觉和生理电信号的认知历史。这也让他们得以从不同角度来重新看待本次课题。
最终，相关论文以《有机生物电子纤维对生命系统的无感增强》（Imperceptible augmentation of living systems with organic bioelectronic fibres）为题发在 Nature Electronics[1]。
王文宇是第一作者，剑桥大学教授 Yan Yan Shery Huang 担任通讯作者。
目前，王文宇已经全职回国并加入香港科技大学（广州），未来他计划拓展材料体系，希望能够实现多模态的感知。
参考资料：
1.Wang, W., Pan, Y., Shui, Y.et al. Imperceptible augmentation of living systems with organic bioelectronic fibres. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01174-4
排版：溪树
01/ 科学家研发硅光传算处理芯片，实现片间多模复用光互连，可兼容硅光流片工艺
02/ 科学家研发新型共振光声光谱，具有63dB的大动态范围，可用于痕量气体检测和无创医疗诊断
03/ 中科大团队构筑“三电极”光电二极管，频带带宽提升60%，大幅缩小光通信系统体积
04/ 科学家解析大肠杆菌关键酶代谢纤维结构，分辨率达到2.9埃，助力治疗细菌病原体疾病
05/ 科学家用AI开发生物降解材料，可短时间测试数百种材料，实现全天然复合材料多性能高效调控
人类从什么东西上得到启示，发明了什么
1、飞机：确切的说，飞机是根据流体力学中空气动力学原理制造出来的，不过人类很久以前，就向往像鸟儿一样能在空中自由的飞翔,在飞机没有出现以前，人类曾模仿鸟类做过多次飞行试验，只是都没有成攻。 也可以说，人类是受到了鸟儿的启发，进而在流体力学理论的支持下，发明了飞机。 “早在四百多年前,意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。 设计和制造了一架扑翼机,这是世界上第一架人造飞行器.”2、蜻蜓：人类受其飞行能力（空中悬停）的启发制造出了直升机，它为人类做出的另一大贡献是，人类根据仿生学原理，模仿蜻蜓“复眼”的特出功能，制造出了“相控阵雷达”。 相控阵雷达 : 蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像,这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多，与此类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个.这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。 利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描,故称为电扫描。 辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。 每个天线单元除了有天线振子之外,还有移相器等必须的器件，不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流,从而在空间辐射出不同方向性的波束。 天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多.这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。 3、苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方,都有它们的踪迹.苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。 但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来,苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞.若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。 大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同,就可区别出不同气味的物质，因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 4、苍蝇：是细菌的传播者，谁都讨厌它.可是苍蝇的楫翅,是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。 这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。 5、蒸汽机：瓦特受到蒸汽将壶盖顶起的启发,而发明了蒸汽机。
1.美国麻省理工学科学家，在解决视力和盲人阅读问题上研究出了什么？
日前，美国麻省理工学院的科学家们开发了一种3D打印的有声朗读装置，为盲人或视障人士阅读普通的书本、报纸、电脑屏幕和其他设备扫平了障碍。 这种装置被称为FingerReader，是用3D打印机打印的，可以戴在用户的食指上它配备了一个小相机，扫描文本，所有你需要做的就是指向文本。 你的手指的运动是由一个特殊的软件跟踪，识别和处理信息然后合成语音后读出单词。 为了帮助有视力障碍的人将他们的手指在阅读的文本上沿直线运动，该装置还装有振动电机，当他们的手指偏离文本就振动提醒读者，当然开始和结束阅读材料时也会振动提醒他们。 MIT媒体实验室的fingerreader开发商对于有视力障碍的人提供便携式的阅读功能。 麻省理工学院的教授梅斯说fingerreader就像”你的指尖阅读器“，这样更灵活，比其它任何解决方案都有效更更直接。 ”
哪位有《荷叶“一尘不染”的秘密》一文的全文，最好有关于这篇文章的理解分析和试题
（1）“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，荷花的圣洁已经被人们称颂了近千年之久。 现在，科学家们终于发现了荷叶一尘不染的秘密。 这一发现不但令人们感叹大自然的精妙构思，还给材料科学家带来启发。 一场自清洁材料的革命因此揭开了序幕，有望使人们摆脱污渍的烦恼。 （2）20世纪90年代，德国波恩大学的植物学家巴斯洛特首次发现并解释了荷叶的自清洁效应。 他在用扫描电子显微镜观察植物叶面时，为防止微小灰尘带来的干扰，总是将叶面清洗干净。 但是，他发现有些植物几乎总是保持一尘不染，荷叶就是其中杰出的代表。 通过扫描电子显微镜，他发现荷叶表面分布着许许多多尺寸20～40微米的凸起结构，而整个荷叶，包括这些凸起结构的表面，又被更为微小的纳米尺度的植物蜡的晶体所覆盖。 这种独特的结构就像是一片连绵不绝的长满参天大树的丘陵。 （3）植物表面的蜡本身具有疏水的功能，而表面微小的凸起结构可以吸附空气，这一层薄薄的“气垫”可以托起落在表面上的水滴。 由于水滴与荷叶表面的实际接触面积非常小，因而水滴在荷叶上可以像小球一般自由滚动。 同时，微小的凸起结构也使得荷叶表面的灰尘和污物与叶面的接触面积很小，这样就减小了污物与荷叶之间的相互作用力。 当水滴在叶面上滚动时，污物就很容易黏附在水滴上，随着水滴的滚动被带走，因此荷叶在雨后显得格外清爽洁净。 （4）荷叶的超疏水性依赖于表面疏水的植物蜡和表面独特的凸起结构。 科学家们对自然界中的其他生物比如芋头叶、紫罗兰等进行探索，发现许多植物叶面都有疏水的功能。 水稻的叶子不但有疏水的功能，而且由于其微观凸起平行于叶边缘有序排列，还可以使水滴定向滚动。 除此之外，鸭、鹅、部分水鸟的羽毛表面具有微小的条形结构，这样使得水更易于定向排除，自身不容易被沾湿。 （5）现在，科学家们在实验室中可以用各种各样的物理或者化学方法制造出类似荷叶结构的自清洁表面。 金属、塑料、有机物等疏水物质通过构造微米或纳米级别的复合表面结构，就可以拥有自清洁的功能。 科学家们以简单的溶液成膜的方法，通过改变成膜物质的组成或成膜条件，十分简便地在普通塑料表面上构筑了荷叶般的凸起结构，赋予了塑料超疏水的功能。 瑞士的一家公司则将纳米颗粒黏结到织物纤维上，形成类似荷叶表面的粗糙凸起，可以使织物具有排斥咖啡、红酒等污渍的能力。 （6）虽然目前投入到市场中的具有自清洁功能的商品并不多，但是我们已经可以看到自清洁革命的一线曙光。 除了自清洁之外，类似荷叶结构的表面还有着更加广泛的用途：把它应用在卫星天线上，可以防止因为积雪而造成信号变差；应用于管道中，可以减少液体运输中造成的损失；作为人体植入材料，可以防止因生物分子的沉积而造成血栓等问题。 （7）荷叶上的一滴水珠给予的启发已经可以解决这么多的难题，而这还远不及大自然智慧的万分之一。 地球上的生物经过亿万年的进化，每一种都有其值得让人学习的独到之处。 研究生物给人类的启示，逐渐成为新兴的学科，即“仿生学”，也就是通过对生物的结构和性质的研究来为工程技术提供新的设计思想和工作原理的科学。 （8）今后当我们遇到困难的时候，也许大自然早就给我们准备好了答案。 8、下列关于荷叶自清洁效应产生的原因，表述错误的一项是 A．荷叶表面分布着许许多多尺寸20～40微米的凸起结构。 B，植物蜡的晶体覆盖了包括凸起结构表面在内的整个荷叶。 C．凸起结构和植物蜡分别可以起到疏水和吸附空气的作用。 D．凸起结构能使污物与荷叶之间的作用力减弱，从而使在叶面上流动的水滴更容易带走污物。 9、下列说法不符合原文意思的一项是 A．荷叶“一尘不染”秘密的发现引发了我们身边正在进行的自清洁材料的革命。 B．水稻叶面微观凸起平行于叶边缘有序排列的结构，可以使水滴定向滚动，从而具有了疏水功能。 C．人类已能在普通塑料表面和织物纤维上构筑类似荷叶表面的凸起结构，使它们具有自清洁功能。 D．类似荷叶结构的表面在卫星天线、管道、人体植入材料上均有用途。 10、根据原文提供的信息，下列表述及推断正确的一项是 A．芋头、紫罗兰等植物的叶面因分布着与荷叶同样尺寸的凸起结构，所以具有了疏水功能。 B．现在，具有自清洁功能的商品已经大量上市，人们的生活更加轻松愉快。 C．从经过亿万年进化的地球生物身上学习它们的智慧，可以一一解决我们在生活中遇到的困难。 D．我国远古时代的鲁班受带齿的草叶启发发明锯子，是一种仿生活动。 11、用简洁的语言概述荷叶“一尘不染”的秘密。 （3分） 8、C(凸起结构和植物蜡可以分别起到吸附空气和疏水的作用。 ) 9、B(错在“从而具有了疏水功能”，从第四段“水稻的叶子不但有疏水的功能，而且由于其微观凸起平行于叶边缘有序排列，还可以使水滴定向滚动”这句话可以看出。 ) 10、D(A.“分布着与荷叶同样尺寸的凸起结构”，文中无相关信息。 B．混淆了已然和未然。 C．“可以一一解决”，夸大仿生学的作用。 ) 11、荷叶表面有微小的凸起结构，且被纳米尺度的植物蜡的晶体所覆盖，使得荷叶表面的灰尘和污物与其作用力很小，能轻易被雨水带走。 （每点0.5分，逻辑顺序、语言表达1分）
