從穿戴式到電子皮膚，柔性設(shè)備才是未來 | F2科學(xué)峰會(huì)
撰文 | 陳兆芃（德國宇航中心機(jī)器人及機(jī)電一體化中心高級(jí)研究員）
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《星球大戰(zhàn)》中， Luke Skywalker的機(jī)械手擁有完整的感覺能力，能夠非常靈敏地感覺到外界壓力。30年過去了，電影中的畫面幾近成為現(xiàn)實(shí)，電子皮膚正在成為未來電子工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向和趨勢(shì)。
F2科學(xué)峰會(huì)特別設(shè)置了“柔性電子器件的未來”議題，邀請(qǐng)鮑哲南、黃永剛、George M.Whitesides三大杰出科學(xué)家共同探討柔性電子器件的發(fā)展趨勢(shì)及前沿應(yīng)用。為了深刻感受柔性電子器件的魅力，德國宇航中心機(jī)器人及機(jī)電一體化中心高級(jí)研究員、實(shí)驗(yàn)室副主任，未來論壇的青創(chuàng)聯(lián)盟成員陳兆芃老師對(duì)議題提前進(jìn)行了解讀。
隨著消費(fèi)電子的蓬勃發(fā)展，可穿戴電子設(shè)備的形態(tài)愈加多樣化和人性化。柔性電子器件由于可與人體組織器官共形接觸，提供更加友好的人機(jī)交互方式，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。
在柔性電子器件的作用下，未來可穿戴設(shè)備就像是人體的“皮膚”。有了電子皮膚，我們就不用總是帶著移動(dòng)設(shè)備，而且電子皮膚可以增強(qiáng)與周邊環(huán)境互動(dòng)的方式，甚至創(chuàng)造出一種全新的交流方式。
柔性電子將“顛覆”智能手機(jī)時(shí)代
現(xiàn)在是智能手機(jī)時(shí)代，但其本質(zhì)上還是一個(gè)很硬性的電子器件，包括現(xiàn)在的iWatch、谷歌眼鏡、VR，只能統(tǒng)稱為“智能設(shè)備”。然而“智能設(shè)備”距離“人工智能”又有多遠(yuǎn)呢?
現(xiàn)在的可穿戴“智能”設(shè)備多是可編程機(jī)器，不具有人工智能內(nèi)涵。機(jī)器只有感知能力，本質(zhì)上還是在人類設(shè)定的規(guī)則下按部就班的進(jìn)行操作。實(shí)踐人工智能，需要在在思維上進(jìn)行調(diào)整，而對(duì)可穿戴智能來說，從設(shè)備那里取得數(shù)據(jù)并且實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)能力，才是柔性電子設(shè)備的核心。
將人工智能和可穿戴等柔性智能設(shè)備結(jié)合起來，賦予智能設(shè)備自然的交互能力和學(xué)習(xí)能力，根據(jù)場景為用戶做推薦，依靠設(shè)備采集的信息對(duì)用戶的行為進(jìn)行更細(xì)致的“猜測(cè)”，只有如此，可穿戴智能設(shè)備才能更為人性化和智能的滿足人類的日常工作及生活需求。
電子皮膚讓機(jī)械手“有感覺”
鮑哲南教授發(fā)明的人造電子皮膚可以像真正的皮膚一樣處理和傳導(dǎo)感覺信號(hào)數(shù)據(jù)，并且能夠和人類的神經(jīng)系統(tǒng)有效的結(jié)合起來，將感覺傳導(dǎo)給神經(jīng)系統(tǒng)。
給機(jī)械手“植皮”將重新定義身體和假肢之間的關(guān)系，不僅能修補(bǔ)缺陷或進(jìn)行替代，更可以進(jìn)一步擴(kuò)展，使得人體感知能力進(jìn)一步補(bǔ)充和延伸。
電子皮膚不僅能夠幫助機(jī)器人更好地適應(yīng)周圍的環(huán)境，也能使其獲得實(shí)時(shí)的“自體感受”。這種功能使得機(jī)器人的四肢運(yùn)動(dòng)更為精確，行進(jìn)更為穩(wěn)定。
“黑科技”女神鮑哲南
鮑哲南教授是柔性電子領(lǐng)域的泰斗級(jí)人物。斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)department chair and K.K. Lee教授、化學(xué)教授和材料科學(xué)與工程教授，斯坦福大學(xué)可穿戴電子中心創(chuàng)始人和主任，美國工程院院士，未來科學(xué)大獎(jiǎng)科學(xué)委員會(huì)委員，這一系列頭銜足以說明她的學(xué)術(shù)地位。
她所從事的關(guān)于“人造皮膚”的研究，取得了世人矚目的成果，被媒體稱為當(dāng)今世界化學(xué)工程領(lǐng)域的“黑科技”。2015年，鮑哲南教授因“能傳導(dǎo)觸覺的人工皮膚”相關(guān)工作，入選Nature評(píng)選的十大年度人物；2016年，因在柔性電子器件的有機(jī)半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，當(dāng)選美國工程院院士。
在眾多從事材料科學(xué)研究的后輩眼中，她可以說是一位不折不扣的“學(xué)術(shù)女神”。2018年，鮑哲南團(tuán)隊(duì)在柔性電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了制造工藝的飛躍，首次成功開發(fā)出更易量產(chǎn)的高密度、高靈敏度可拉伸晶體管陣列（OTFT），這一成果在電子皮膚等研究中具有突破性意義。鮑哲南在理工男占據(jù)主流的柔性電子研究領(lǐng)域做到了全球頂尖。
哈佛神級(jí)化學(xué)家
George M. Whitesides是哈佛大學(xué) Woodford L. and Ann A. Flowers University 講席教授，美國藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士，美國工程院院士，美國國家發(fā)明家科學(xué)院院士，美國科學(xué)院院士。2011年獲得了所有活化學(xué)家的最高Hirsch指數(shù)評(píng)級(jí)。
Whitesides參與創(chuàng)辦了12家公司，總市值超過200億美元。他是多家科學(xué)期刊的編輯顧問委員會(huì)成員，同時(shí)撰有1200多篇科學(xué)論文，擁有至少134項(xiàng)專利發(fā)明。
2011年最有影響力的活化學(xué)家。先后獲得美國化學(xué)學(xué)會(huì)的純化學(xué)ACS獎(jiǎng)（1975年）， Arthur C. Cope獎(jiǎng)（1995年），國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)拢?998年），京都材料科學(xué)與工程獎(jiǎng)（2003年），Gabbay獎(jiǎng)（2004年），丹大衛(wèi)獎(jiǎng)（2005年），韋爾奇化學(xué)獎(jiǎng)（2005年），AIC金獎(jiǎng)（2007年），和普里斯特利獎(jiǎng)?wù)拢?007年），ACS授予的最高榮譽(yù)。
作者簡介
德國宇航中心機(jī)器人及機(jī)電一體化中心高級(jí)研究員、實(shí)驗(yàn)室副主任，未來論壇青創(chuàng)聯(lián)盟成員；帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功研制了目前世界范圍內(nèi)復(fù)雜度和集成程度最高的內(nèi)置式模塊化多指機(jī)器人靈巧手之一：多傳感器五指機(jī)器人靈巧手DLR/HIT II，在2016年獲得德宇航Manfred-Fuchs-Preis技術(shù)創(chuàng)新及轉(zhuǎn)化獎(jiǎng)。
