灵长类指纹为灵感 兴大材料系开发新颖仿生材料
▲中兴大学材料系助理教授薛涵宇开发出新颖的湿式释放诱导皱褶生成技术。（图／中兴大学提供）
从灵长类的指纹获得灵感，中兴大学材料系助理教授薛涵宇投入四年时间，开发出新颖的湿式释放诱导皱褶生成技术，可制成具同心圆皱褶排整的仿指纹涂层，此材料应用于干式黏着具有可重复使用、表面自清洁、柔软、耐用与全角度黏着等特性，未来可应用在仿生皮肤、干式黏着元件与抗菌/抗藻涂层等，具高度应用潜力，并于日前荣获兴大怀璧奖肯定。
目前学界针对智能机器人皮肤科学的研究，多半集中在电讯号传递或是环境应答等类神经网络研究，对于仿生皮肤表面结构对物性的影响着墨甚少，薛涵宇的研究主要在于以独创的湿式释放制程去模仿并制备仿指纹的排列，进而探讨不同皱褶排整对表面摩擦力的影响。独特创新的研究成果为仿生材料开发揭示了崭新的方向。
薛涵宇表示，开发灵感源自于天冷戴手套拿取苹果时，发现手套上平行排列的橡胶止滑条，虽有助于纵向的止滑，但却无法横向止滑；反观灵长类独有的指纹结构，多半会呈现同心圆状，这有助于全角度的摩擦力表现，让灵长类的手指更能适应不同的环境与施力需求。此外，抓取时，指纹可预留多余的皮肤表面积，以应付抓握时产生的型变，避免抓握时产生过大的局部应力累积，导致皮肤拉扯破裂，同时指尖的皱褶结构亦可帮助表面排水，有助于水中抓捞物品，以及攀爬湿滑表面。
▲中兴大学材料助理教授系薛涵宇（中）与研究室团队合影。（图／中兴大学提供）
他表示，现阶段制备微米级表面沟槽结构的方法很多，如微机电制程，但多半需要昂贵的高真空环境与设备，相对耗时且无法制备大范围皱褶型态，不利于工业化应用。此外，用微机电制程所得到的沟槽，其沟槽形貌为长方体，尖锐的边角容易在多次使用下变形毁损。而其所开发的制程，可得到如波浪般圆润且低深宽比的皱褶型态，此型态可承受多次使用而不易毁损，更重要的，自发生成的类同心圆之回字形皱褶排整，与灵长类指纹相似，这是其他制程很难得到的表面型态。实验结果也证明，回字形皱褶排整的确有助于表面黏着特性的增强，具备全角度的黏着行为而无死角，该研究已刊登于美国化学学会应用材料与界面期刊（ACS Applied Materials & Interfaces），并获选为当期补充封面故事。
透过此套制程，团队已开发出高分子材料组成的皱褶表面、多孔皱褶陶瓷表面、超疏水皱褶表面等各种新颖仿生材料。多孔皱褶陶瓷因具有亲水性及较佳的环境抗性，可实际运用于细胞排整、微流控芯片、胎纹排水、防眩光结构和光电元件；超疏水皱褶表面，具防污与自清洁等功用，可运用于抗菌涂层、水中抗藻与金属防蚀。