“电子纹身”核心技术详解 未来的可穿戴形式？

　　屈服点(yieldpoint)：一般来说我们把材料从弹性形变(可恢复)向范性形变(不可恢复)转变的那个点叫做材料的屈服点，一旦电子元件的应变超过了屈服点，就可能造成损坏。

　　图2中的FEA(有限元分析)结果展示了此设计所带来的收益——电子纹身的形变发生时，主层的相对应变超过100%，但电子元件(Electronics)的相对应变则几乎可以忽略不计(请注意不同的数值标准)，只是在连接线上，有轻微的应变发生。

　　图3展示了另一个动态拉伸实验的FEA结果：当电子纹身对折时，虽然主层的相对应变高达80%，但电子元件的相对应变，只有0.1%左右。

　　图3：新型电子纹身在对折时，不同部位的相对应变

　　现在，我们来研究一下这样的设计究竟改变了什么：

　　首先，之字形的连接线能够在整个电子纹身收缩时收拢，在伸长时舒展，就像是一个缓冲带，卸去了大部分原本应该施加在电子元件上的应力(应力引起应变);

　　其次，在直观上，我们似乎看不出双层保护膜的设计有什么作用，实验证明，其实双层保护膜设计的重要性，并不比之字形连接线少。假设此电子纹身没有电子元件，那么剩下的，就是柔软的保护膜和连接线;当坚硬的电子元件加入时，整个电子纹身自然就会变硬，其杨氏模量(Young'smodulus，应力与应变的比值)就会提高。

　　如果主层使用的是超低弹性系数的材料，那么电子纹身的杨氏模量只提高15%;但如果主层使用了普通弹性材料，杨氏模量则会提高到原来的300%。

　　这意味着，主层采用超低弹性系数的材料，能让整个电子纹身的“柔软度”增加了20倍!这基本上让整张电子纹身从盔甲变成了皮肤。另一个更大，也是更重要的好处就是一个“柔软”的主层可以让粘附在上面的电子元件具有更高的“自由度”，以便随着主层“移动”，这样一来可以大幅减少电子元件所承受的形变。

　　再次，根据实验结果，当主层为超低弹性模量材料时，此电子纹身允许的最大相对形变为大约39.2%;而主层为普通弹性材料时，这个数值瞬间降到只有9.7%。

　　最后，相比于普通材料，实验中的超低弹性系数材料能将应变的发生速率降低到1/20。

　　简单来说，双层保护膜的设计让整个电子纹身更柔软，适应于皮肤，并且不容易断裂，同时还承担了整体应变的绝大部分，从而将电子元件可能发生的应变减小、减缓了。

　　另外，FEA结果也显示，厚度在200μm以下的主层不能有效地起到保护效果;而厚度大于300μm的主层的保护效果则不再提升，所以，此电子纹身选择了300μm的主/副保护层设计。

　　超低弹性系数的主层，普通弹性系数的副层，再加上之字形排布的连接线，能将整个电子纹身的形变能力提升到人体皮肤的2倍。这里谈论的形变，不仅包括轴向的拉伸和收缩，也包括翻转、螺旋、折叠等等(如图4)，因此，将此电子纹身附着在人体表面是没有任何物理层面的问题的，甚至人自身都可能感觉不到它的存在。

　　图4：电子纹身的不同形变方式