11 月 7 日，化學家、斯坦福大學化學工程系系主任鮑哲南在 2020 年 “騰訊科學周”期間接受網(wǎng)易科技等媒體的采訪。

鮑哲南被譽為人造皮膚領(lǐng)域的 “材料大師”，她帶來了關(guān)于 “電子皮膚”的大膽設(shè)想。“我們將用如人的皮膚一樣的電子器件，讓人和人之間溝通，人與環(huán)境之間交流。”

她講解了人造皮膚的設(shè)計理念與實踐過程，雖然目前人造皮膚還未真正用到人的身上，但這個理念已經(jīng)被證實，并帶來了許多意想不到的新啟發(fā)，“用人造皮膚，現(xiàn)在可以做成連續(xù)的、測量血壓的，輕輕貼在小嬰兒身上這樣的血壓計。”

她在接受采訪中表示在未來的世界，當我們可以真的用電子皮膚感受到周圍或感受到某個人的時候，就有可能測出這個人的情緒是怎么樣的。人與人之間的距離將會越來越近。

1、您曾經(jīng)說過做研究的時候想要 make human more human，我們普通人應(yīng)該怎么理解這句話，您在研究人造皮膚的時候又是怎么把握 “像人與超過人之間”的關(guān)系？

鮑哲南：人造皮膚的概念等于一個電子器件，它可以像人的皮膚一樣感知、測試，可以讓我們知道感覺。所以想象在未來的世界，當我們真的可以用電子皮膚感受到周圍或感受到這個人的時候，我們就有可能測出這個人的情緒是怎么樣的。

我希望我的家人知道我現(xiàn)在是開心還是沮喪，如果我想讓我的家人知道，他們不需要聽我講話就可以感受到。或者我和朋友一起去吃飯，在餐館里聞到很香的味道，那電子皮膚也可以感受到，通過電子方式傳輸，遙遠的家人也能感受到。所以這就是我們所講的讓人和人之間的距離拉近。

從研究中，我們一方面是思考哪些東西我們可以去學習，比如觸覺，能夠觸覺到各種不一樣、不同的物體，不需要看到就很細膩地分辨出來。去做這些電子器件時，攝像頭能做得非常好。做人造皮膚時，可以把我們的想象力和創(chuàng)造力結(jié)合起來，手觸摸的同時可以照相，或者同時把具體的物體放大，或者通過嗅覺聞到水果，或者水果上有細菌，也可以檢測到水果沒有洗干凈，這些都是我們可以想象的，都是可以把它結(jié)合到人造皮膚上的。

2、從電子紙到電子皮膚，這二者的區(qū)別只是應(yīng)用方面嗎，是否在技術(shù)上其實差不多，如果不一樣的話，有什么突破？

鮑哲南：電子紙只是一個顯示屏幕，是可彎曲型的，但是皮膚是可以感知，而且可以和我們?nèi)梭w神經(jīng)中樞溝通的。同時電子皮膚不僅是柔軟的，而且是具有彈性的，它可以拉伸，可以自己修復，而且還有生物降解性。

所以人造皮膚或者我們講人造電子皮膚，是我們對未來電子工業(yè)發(fā)展大趨勢的設(shè)想，就是未來我們所用的電子器件不再是我們現(xiàn)在使用的，硬的、易碎的，而是像皮膚一樣柔軟；如果壞了、有劃痕，它自己可以修復；用完之后，舊的一代要淘汰了，它又可以自己生物降解，這樣就不會引起環(huán)境問題。這是我們所設(shè)想的未來電子器件發(fā)展的一個方向。

3、您能否講一講電子皮膚目前的成果，有哪些可以接近商業(yè)化？現(xiàn)在 AI 和機器人發(fā)展很先進，您的電子皮膚是否可以和機器人產(chǎn)業(yè)結(jié)合？目前是否有已經(jīng)合作的？

鮑哲南：人造皮膚的研究有三個主要方面，其中有些是近期的應(yīng)用，還有些是遠期的應(yīng)用。

首先是從傳感、模擬皮膚的感受來說，當它能感受觸摸的時，這些傳感器就可以和機器人的應(yīng)用緊密結(jié)合起來。我們已經(jīng)開始把人造皮膚放在機器人身上，再和 AI 結(jié)合，去了解所收到的信號意味著什么。

機器人的應(yīng)用是近期或者中期的應(yīng)用，更加近期的是有這方面的傳感器在可穿戴或醫(yī)療機械上，比如能夠擁有觸覺的傳感器，可以用來測量血壓，無創(chuàng)性的連續(xù)測血壓的可穿戴手表或可穿戴在身上的一些產(chǎn)品，已經(jīng)開始做成產(chǎn)品，驗證之后就可以在市場上用。

更加遠期一些的話，這些感知和神經(jīng)中樞所聯(lián)系起來的方式，可以是用來腦機結(jié)合，就如果是用來治療某些現(xiàn)在無法治愈的疾病，讓它變成應(yīng)用會更快一些。

用人造皮膚來做腦機結(jié)合，它的好處是，人的皮膚或者是皮膚形貌的電子器件不會對神經(jīng)產(chǎn)生傷害，因為它不是用金屬的針跟神經(jīng)接觸，所以這會使信號獲得更加準確，且同時不會造成傷害。

4、您的研究曾經(jīng)提到過一些可拉伸性的材料，具有非常強的硬度和非常好的自修復性功能，可以用到鋰電池里，能為我們詳細解釋一下它的原理嗎？

鮑哲南：我們所做的是可以自修復的材料，具備拉伸性的材料。從化學設(shè)計上，我們用了一種新的設(shè)計理念，雖然是一個固體狀態(tài)的物質(zhì)，但在分子層面上來說，這些分子不像一般的固體分子不可以自由運動的。我們做的可拉伸性的固體，分子可以從一個地方跑到另外一個地方，因為它的化學鍵可以不斷地打碎，又可以再次形成。

所以，有了這樣特殊的分子結(jié)構(gòu)上的特點，我們把它用作下一代鋰電池，用鋰金屬做一個電極，雖然這個鋰金屬存儲的電可以非常多，但是充電和放電的時候，鋰金屬放在電極上的時候就會形成體積膨脹或體積收縮。采用新型材料，把它放在鋰電池的電極上，當它充電的時候可以均勻生長，如果有某些部分生長不均勻的時候，因為分子可以流動，這些分子可以使得鋰的分布均勻，鋰離子均勻從而就保護了這些電極，使得電極可以充放電的次數(shù)大大增加。

5、電子皮膚的成本是怎樣的，當它應(yīng)用到測血壓這類產(chǎn)品時，會不會比傳統(tǒng)器件高出特別多？

鮑哲南：提到成本，跟應(yīng)用非常有關(guān)，但是一般來說做人造皮膚的這些工藝是用大面積生產(chǎn)或者大批量生產(chǎn)的工藝。比如說印刷的方式，或者大面積涂膜的方式去做人造皮膚。這些生產(chǎn)方式與現(xiàn)在印刷報紙或雜志的方式類似，所以你不難想像，它可以非常快速且大量地做很多器件。所以從這個角度來說，它的成本原則上可以大大降低，特別是每一個功能所需要的消耗或成本，因為它可以同時生產(chǎn)非常大量，使得它的成本可以降低。

6、未來電子皮膚能否像人真實的皮膚一樣，直接從人的血液中提取能量呢？

鮑哲南：電子皮膚供給能量是有可能從身體的汗液甚至血液當中提取的，其實這個能量并不是從血液來的，也并不是從汗液來的，血液或者汗液其實只是一個傳輸離子的電介質(zhì)，所以需要能量的話還是要加入一些材料用來儲電，血液或汗液可以使得存儲的電量真正拿出來用，或者用來充電。所以這是有可能的，但也是非常困難的，因為我們所流的汗液、血液可能會有感染。比如流汗，很難控制到底流多少汗，有的人流汗多，有的人流汗少，所能夠得到能量很難控制，或者有能量放出或儲能的時候也很難控制，所以這是非常難的一點。將來是有可能達到的，近期還是會用電池或者無線充電這樣的方式。

7、您提到電子皮膚可以大面積批量生產(chǎn)，但比如說我要用在我身上，但我的皮膚和別人的皮膚粗細程度都不一樣，這個怎么來配合？您剛才提到腦機接口可以和皮膚進行配合，但如果您的電子皮膚突然短路了怎么辦？會不會對身體帶來什么問題？

鮑哲南：每個人都想擁有個性化的電子皮膚，而且所需要的功能可能也不一樣，所以現(xiàn)在有很多研究是用印刷的方式去制作電子器件，還有三維打印的方式去制作電子器件。電子器件有很多層，導電層、非導電層，而且需要有圖形化，所以這些用印刷的方式是可以直接一層一層做到的。人造皮膚和先進制造是緊密結(jié)合起來的，先進制造使得我們可能且可以自己設(shè)計我們自己所要的人造皮膚。或許它就今天打印一個，明天再換一個都是可以。

如果電子皮膚突然短路了怎么辦？所以要防止它發(fā)生短路。最主要的是短路時不能讓它過熱。一個是可以在電子皮膚里面加一些溫度的傳感器，如果有短路的話，最大的問題是它會讓電子器件變得過熱，溫度如果過熱會損傷到人體。如果有檢測溫度的功能，當溫度高過一定的程度，就可以把電子器件關(guān)掉，或者不讓電子器件繼續(xù)運作。另一個方式是可以用一些材料來達到這樣的效果，我們幾年前發(fā)表一篇文章中提到，一個材料當溫度過高的時候，它就會從導電的材料變成非導電的材料，當我們把它放在電池里面，電池一旦過熱，它就變成非導電，導電通路就被切斷了，電子器件當時就不可以再運作，可以防止過熱。

人造皮膚是我們最終的目標，但有一些應(yīng)用，其實也是作為我們做研究的啟發(fā)，使得我們?nèi)ソ鉀Q一些非常困難的問題。只有解決這些，要跨出好幾個臺階的問題，才會使得我們充分地發(fā)揮新的想象力，然后做出與現(xiàn)在完全不一樣的設(shè)想，發(fā)現(xiàn)一些新的原理。

8、大家現(xiàn)在在提柔性電子屏幕這個概念，對于這些研究和運用，您有什么看法？

鮑哲南：柔性電子屏幕和可折疊性的電子屏幕，是整個顯示屏幕發(fā)展的必然趨勢。我剛剛開始我科學生涯的時候，在貝爾實驗室，那是 25 年前，我們當時的夢想就是要做折疊屏幕。當時也描繪了未來顯示屏幕發(fā)展的曲線圖。首先是可折疊性的，10 年前就已經(jīng)發(fā)展到在實驗室里可以做出來。

我們現(xiàn)在指出的是下一代，就是從折疊性的變成可拉伸性的電子屏幕。比如現(xiàn)在是折疊的屏幕，你把它打開，是原來兩倍的屏幕大小。但是如果是可以拉伸性的，你可以想象可能是一個很小的小方塊，因為是可拉伸性的，所以你想多大就可以拉多大，甚至不用是一個手機放在口袋里面，這個屏幕可能就像皮膚一樣，如同在我的皮膚上印的花紋一樣，你可以看到你想要的信息。這些是我們所設(shè)想的，未來手機的、顯示屏幕的發(fā)展方向。

9、剛才您提到人造電子皮膚是一個比較復雜的跨學科研究，比如說材料、電子領(lǐng)域都要非常精通。您和您團隊精于本專業(yè)的同時，也都是一些跨學科的人才，有沒有一些您比較鼓勵的學習方法可以分享？

鮑哲南：我們所在的研究很多跨學科、跨領(lǐng)域的。就像在我的課題組里面大概有六七個不同學科的學生，還有博士后，我們在一起工作，有研究化學的或是做電子器件的，他們對各自所研究的東西非常擅長，對他所在的專業(yè)能夠有非常深的了解。但同時，在合作的時候，大家必須能夠互相溝通。互相溝通的時候每個領(lǐng)域所用的名詞可能都不一樣，所以要能夠非常快的學會一種溝通的方式，雖然我是做化學的，也能很快理解做電機的這個人所遇到的問題，創(chuàng)造共同解決問題的方式。

責任編輯：PSY