隨著5G時代的到來，仿人機器人、移動操控機器人、自動探測機器人等人工智能機器人將成為主要增長領域。與其他工業電子技術一樣，這些人工智能系統的安全性將成為一個重要問題，因為它們經常用于易燃、易產生靜電和易爆的環境中。因此，輕巧高效的基于織物的防火皮膚仍然是人造機器人的目標。需要能夠與環境和機器動態交互并能夠主動檢測并提供早期警報的防火皮膚，因為這樣的組合功能將有利于輕量化機器人系統的優化設計。該工作中采用合理設計的高通量電噴紡絲技術開發了一種阻燃絲綢/石墨烯納米離子電子（SGNI）皮膚，簡化了無溶液電導率的處理，以提高至少5-10 mLh
–1的制造速率，其生產效率比靜電紡絲更高效。這些阻燃SGNI皮膚結合了納米纖維和離子電子材料的優點，具有可持續性、導電性、高度多孔性、機械強度、高度可拉伸、自粘、濕度和溫度敏感性。這些優點支持將SGNI皮膚組裝成火災報警系統，對手機、云和中央控制系統進行實時報警（2秒響應）。將阻燃劑和火警材料結合到智能皮膚中的概念可能為機器人和人機交互保護皮膚的設計提供潛在的解決方案。
Figure 1. SGNI皮膚的制備。（a）防護皮制作過程示意圖。（b）尺寸為30 cm × 30 cm 的SGNI 皮膚。（c）SGNI皮膚的微觀結構。
Figure 2. SGNI的紡絲和粘合特性。期間旋轉噴射的快照：（a）電噴紡工藝，（b）吹紡（c）靜電紡。SEM圖：（d）電噴紡纖維，（e）噴紡纖維（f）和靜電紡纖維。（g）SGNI皮膚在不同相對濕度下的應力-應變曲線。（h-k）SGNI皮膚在不同相對濕度下處理后SEM圖，插圖為失敗部分的相應SEM圖。（l）SGNI皮膚粘附的兩條木條可承受500克的重量。（m）SGNI皮膚與3M商用雙面膠帶之間的粘合力比較。
Figure 3. SGNI皮膚的阻燃性。（a）SGNI皮膚的燃燒過程。（b）SGNI皮膚的阻燃機制。（c）SNI皮膚、SGNI皮膚和脫膠真絲纖維的TGA曲線。（d，e）SGNI皮膚和脫膠真絲纖維的熱重分析/質譜圖。
Figure 4. SGNI皮膚的應用。（a）SGNI皮膚保護的纖維素紙的燃燒過程。（b）SGNI皮膚（上內側）和SNI皮膚（下內側）暴露在火中時的敏感性。（c）智能火災報警系統示意圖。（d）照片顯示火焰警報，SGNI粘附在纖維素紙表面，起到防火和火災報警的作用。（e）機器人動作觸發保護系統設計理念。（f）SGNI皮膚用作行為觸發器，以保護假肢免受外部傷害。
相關研究成果由上?？萍即髮Whengjie Ling課題組和塔夫茨大學David L. Kaplan課題組于2021年發表在《ACS Materials Letters》（https://doi.org/10.1002/adma.202102500）上。原文：Electro-Blown Spun Silk/Graphene Nanoionotronic Skin for Multifunctional Fire Protection and Alarm。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
