斯坦福大学鲍哲南教授：人造皮肤将改变我们的生活
DeepTech深科技2020-11-08 10:11
11 月 7 日，2020 腾讯科学 WE 大会正式举行。化学家、斯坦福大学化学工程系系主任鲍哲南教授带来了关于 “人造皮肤” 的设想。
“我们将会用像人造皮肤一样的电子器件，让人和人之间沟通。” 这位被誉为人造皮肤领域的 “材料大师” 说道。在她看来，这并不是一个遥不可及的梦想，因为过去电子工业的发展已经证明了材料革新的可能性：25 年以前，可折叠的屏幕是鲍哲南的梦想。经过 8 年的研究，他们已做出了世界上第一款可以折叠的屏幕。
鲍哲南在演讲中介绍，“人造皮肤” 成为现实需要解决三个最重要的问题：第一，所用的电子材料不能再是刚硬的，必须把材料做成像皮肤一样的柔软，可以拉伸甚至自修复、生物降解；第二，“人造皮肤” 需要能够真正感受到不同的物体；第三，“人造皮肤” 的信号需要能够被大脑识别。
“前 16 年的研究着重解决这三个最重要的问题，非常感谢我的学生们和合作者们，我们有了重大突破。” 鲍哲南介绍了她的团队所做的突破性工作。
“当分子排列成不同的序列的时候，它们会给分子不同的性能。” 鲍哲南团队通过分子的设计得到了不同的材料，“当我们有了分子的设计，然后用化学反应去制作出材料的时候，我们才可以去实现不同的性能。” 为了解决材料化学键易断裂的问题，她的团队提出用可以自我修复的化学键去制作新型的电子材料，即使电子材料的化学键断裂之后，它们也会自己重新修复，从而具备可拉伸性、自修复性以及生物降解的性能。此外，他们还开发了光化学的研究，把材料做成阵列型，加入电子电路。
鲍哲南说：“有了材料之后，下一步需要做的是将这些材料做成灵敏的传感器。它既需要有灵敏度，也需要可以分辨不同的外界的信号。” 他们早期开发了一个可以测压力的金字塔型传感器。当传感器的塔尖受到压力的时候，塔尖变形使得电信号改变；压力加大时，塔底变形使得电信号的改变加大，这样就可以测出不同的压力。除了分辨压力外，“人造皮肤” 还要能辨别形状。“在压力传感器上，我们再加一层可以变形的薄膜，就可以测出这个变形，使得我们可以分辨出是一个草莓还是再测一个苹果。” 她介绍说。他们还开发了一个温度传感器，当温度升高的时候，该材料会膨胀使金属颗粒分开，从而让导电力发生变化。
最后一步是让 “人造皮肤” 的信号被大脑识别。“我们大脑所接受的从皮肤来的信号是电的脉冲信号，所以我们所做的人造皮肤也必须能够把传感器所得到的信号改变成这样子的脉冲的信号。” 鲍哲南解释道。有了这个信号之后，还需要把它与神经相连，通过神经传输到大脑。“所以人造皮肤必须非常柔软，必须不伤害到我们的神经或者大脑。” 她补充说。
该研究已经取得了实质性进展。他们把材料植入小老鼠的身体，小老鼠仍可以正常地生活，这证明 “人造皮肤” 确实可以和生物体系相容。虽然要真正用到人的身上还需要一段时间，但已经证实 “人造皮肤” 理念的可行性。鲍哲南说：“我们现在已经有一系列的材料和电子器件，使得我们可以证实人造皮肤是可以做成的。”
虽然仍有很多问题需要继续研究，但 “人造皮肤” 已经给他们带来了很多意想不到的启发。“用人造皮肤，现在可以做成连续的、测量血压的，轻轻贴在小婴儿身上这样的血压计。” 鲍哲南举了血压计的例子。她帮助成立了一家名为 Primers 的公司，希望用人造皮肤帮助人类解决一些以前不可以解决的问题，比如使用自修复材料让电动汽车的锂电池变得更加稳定，实现高能量的储电。
她的课题组聚集了一批专家，共同推进人造皮肤的研究。“我现在可以非常有信心地说，人造皮肤将会改变我们将来的生活。” 鲍哲南最后说道。
除化学家鲍哲南外，参与大会的科学家还有诺贝尔奖获得者 Steven Weinberg、干细胞生物学家中内启光、脑机接口权威专家 Miguel Nicolelis、量子物理学家潘建伟、天体物理学家 Victoria Kaspi、天文学家 Jane Greaves 。七位科学家从异种培育人体器官到金星生命，在腾讯科学 WE 大会上分享研究进展，用前沿科学拓宽人体和宇宙边界，探索人类未来更多可能性。
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