美國工程院院士鮑哲南：人造皮膚能否成為現(xiàn)實？｜專訪
訪談 | 邸利會
責(zé)編 | 陳曉雪
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有一天，你的家庭機(jī)器人不僅外形上像極了人，而且皮膚不是鋼鐵和橡膠，而是如同真正的人的皮膚一樣，有觸覺、溫覺、痛覺等等。這樣充滿未來感，類似科幻的情景是否會在某天成為現(xiàn)實？
鮑哲南是最有資格回答這個問題的人之一。
她是一位化學(xué)家，斯坦福大學(xué)可穿戴電子中心創(chuàng)始人和主任。因為人造電子皮膚的重要工作，她入選《自然》雜志2015年十大科技人物。她還獲得了諸多的獎項，如最近的2017年美國化學(xué)會應(yīng)用聚合物科學(xué)學(xué)獎，2017 歐萊雅-聯(lián)合國教科文組織女科學(xué)家獎。她也是美國國家工程院院士和國家發(fā)明研究院院士。2004年加入斯坦福大學(xué)之前，她在貝爾實驗工作。
年初，她接受邀請，連同其他5位新加盟的杰出科學(xué)家，正式成為“未來科學(xué)大獎科學(xué)委員會”21位委員的其中之一。她說，“科學(xué)使我可以用另一種方式觀察世界。作為一個化學(xué)家，我通過分子以及分子反應(yīng)或者相互反應(yīng)來觀察世界?？茖W(xué)讓我們生活更美好，讓我們的人生更有趣。” （六位科學(xué)大咖加盟“未來科學(xué)大獎”評委會，他們是誰？）最近，《知識分子》邀請到鮑哲南，請她談?wù)勥@些年的科學(xué)研究，以及和她的名字緊密連接在一起的人造皮膚。
《知識分子》：您是如何接受邀請成為未來科學(xué)大獎科學(xué)委員會委員的？
鮑哲南：之前就聽說過未來科學(xué)大獎，當(dāng)未來的工作人員和我接觸時，我知道這是中國和科學(xué)有關(guān)的一個大獎，也是中國人自己創(chuàng)立的一個獎，所以，沒有什么猶豫就接受了邀請，來一起參與。
《知識分子》：您提到，希望這個獎能鼓勵中國研究人員致力于解決重大和充滿挑戰(zhàn)的問題，這方面，您有怎樣的經(jīng)驗可以分享？
鮑哲南：其實是分成兩部分，一是找到合適的有挑戰(zhàn)的問題，另外是找到合適的解決方式。首先是需要發(fā)現(xiàn)問題。一開始對某個問題還沒有很深刻理解的時候，其實都是先從小的想法，小的概念去做起，發(fā)一些文章。但是，如果能堅持一個領(lǐng)域，深入之后，慢慢地才會真正理解該領(lǐng)域的局限性在哪里，知道最挑戰(zhàn)性的問題后，才會思考，知道怎樣的解決方式才是最適合的。
我覺得，每個科學(xué)家和每個地方的科學(xué)總是有一個發(fā)展過程的，一開始先進(jìn)入某個領(lǐng)域，先找到能夠發(fā)文章的一個角度，但是只要能夠堅持下去，去尋找最深刻的問題，不是去找容易解決的問題，而是找不容易解決的問題，這樣慢慢地就越發(fā)掘越深入，找到最具有挑戰(zhàn)的問題。
《知識分子》：科研界有一種追熱點、做短期研究的現(xiàn)象，您怎么看？
鮑哲南：我覺得每個科學(xué)家都有從事的一個專門領(lǐng)域，有專長。這個專長一般是不太會隨時間變的。比如，我是做材料化學(xué)的，高分子是我的專長——雖然在不同階段會有些許變化。我早期做研究是柔性電子剛剛開始的階段，那個時候是用高分子化學(xué)的知識去解決柔性電子領(lǐng)域最重要的問題；但隨著這個領(lǐng)域的發(fā)展，到了一定階段要找下一階段更加重大的問題的時候，我們的做法是設(shè)立更加長遠(yuǎn)的目標(biāo)，從柔性變成人造皮膚電子發(fā)展方向。所以，不是從一個領(lǐng)域跳到另外一個領(lǐng)域，是在一個領(lǐng)域里面設(shè)立新的挑戰(zhàn)。如果前10年達(dá)到目標(biāo)了，就去想下一個10年或者20年的目標(biāo)，這樣的話，我們的基礎(chǔ)知識是在一直前進(jìn)，應(yīng)用方向會有不同的改變。
《知識分子》：人造皮膚的課題，最初是什么時候，何種情況下設(shè)立的？
鮑哲南：基本上到斯坦福大學(xué)之后。在貝爾實驗室，我基本上都是在做柔性電子，而且已經(jīng)做成了世界上第一個柔性電子紙，第一個印刷打印出來的有機(jī)電子電路。那個時候已經(jīng)可以看到，雖然柔性電子還沒有產(chǎn)業(yè)化，但工業(yè)界是往那個方向走的，（產(chǎn)業(yè)化）只是一個時間問題。
所以，到了斯坦福之后，我覺得在學(xué)校的研究目標(biāo)需要比工業(yè)界早10到20年。當(dāng)時，也是很偶然的機(jī)會，遇到了機(jī)械系的教授。2005年，他們在做機(jī)器人。他提到，機(jī)器人沒有智能的功能，不能感知，比如不能像人的手那樣去感知，我們就想柔性電子在這個方面可以有一些貢獻(xiàn)的地方。因為機(jī)器人的身體都是曲線形的，不是平面型的，所以我們不可以用那些剛硬的電子器件放在機(jī)器人身上，就先想到了模擬人手的觸覺的功能。
比較早期的時候，我們還沒有固定的研究經(jīng)費，我就讓學(xué)生在做其他項目的空閑時間，慢慢做這方面的研究。很快，我們有了突破，做出了一個像人手一樣非常靈敏的一個傳感器。所以，那時就給我們一個啟發(fā)——既然可以做成像人手一樣的柔性傳感器，那如果我們把電子器件做的不僅像人手的觸摸的感覺，也還可以有皮膚的其他的功能，比如拉伸性，自修復(fù)性，有生物降解性，把這些功能也放到電子器件里的話，這樣我們可以完全改變將來電子產(chǎn)品未來的功能。所以就有這樣一個靈感，將來的電子器件就像人的皮膚一樣。
《知識分子》：我看到現(xiàn)在人造皮膚可以觸摸，拉伸，生物降解，目前的進(jìn)展是什么樣的？
鮑哲南：感受溫度，自修復(fù)，生物降解，可拉伸性，這些單一的功能我們都實現(xiàn)了，但還是有局限性的。比如，如果可以自修復(fù)，那傳感的功能就可能不是很靈敏；或者有拉升性，可以測壓力，或者觸覺，但不是所有的性能都達(dá)到最高的標(biāo)準(zhǔn)。這是因為材料，制作器件的工藝還沒有達(dá)到所需要的程度。還需更多的研究，才可以將所有的功能都集成到人造皮膚里面。
《知識分子》：在您看來，一方面要模擬自然皮膚，但另一方面又需人為設(shè)計甚至超越人皮膚的新東西，如何把握這樣的關(guān)系？
鮑哲南：這個一個很好的問題。我們是把人的皮膚作為一個啟發(fā)點。從設(shè)計材料的角度，我們每設(shè)計一個材料，都要有一個目標(biāo)，如果以人的皮膚作為一個啟發(fā)，人的思維就會有更多的創(chuàng)造力——不是局限于現(xiàn)在已有的電子器件的功能和模式去思維，而是用生物模擬的方式去思維，這樣就有一些平常想不到要做的想法。
比如之前，我們并沒有想到電子材料需要有自修復(fù)，或者拉升的功能，但是受到人的皮膚的啟發(fā)，如果有這樣的材料可以讓電子器件自修復(fù)的話，電子器件使用的時間就會更久。材料根據(jù)新的化學(xué)設(shè)計的方式設(shè)計出來，當(dāng)這樣的材料做出來之后，功能并不局限在模擬皮膚的自修復(fù)的功能，還具有廣泛的意義。比如，當(dāng)我們把這些自修復(fù)的材料用在下一代鋁電池中時，發(fā)現(xiàn)電池的壽命可以大大延長；另外可以制造新的三維結(jié)構(gòu)，把不同的電子器件不同部分很容易連接起來。所以，也許出發(fā)點是一個，但最終開發(fā)了很多新的應(yīng)用和領(lǐng)域，是以前沒有想到的。
《知識分子》：您當(dāng)時在貝爾實驗室就已經(jīng)有各個背景的人來合作。在斯坦福的課題組，也是這樣。您作為管理者，有怎樣的經(jīng)驗？
鮑哲南：在斯坦福組團(tuán)隊的時候，我們的目標(biāo)是做出像人皮膚一樣的造皮膚，它有各種不同的功能，是一個系統(tǒng)級的東西。從這個角度上說，就需要不同背景的研究成員，如材料設(shè)計，材料合成，材料工藝處理，電機(jī)和生物工程等。因為我們有一個很清楚的大目標(biāo)，就很容易看出哪一部分是欠缺的，就可以招聘這方面的研究者。
《知識分子》：他們之間是如何溝通和交流的？
鮑哲南：從管理上，確實需要促進(jìn)不同學(xué)科的人互相溝通，一起合作。一方面，在組里，我鼓勵大家自發(fā)互相合作，不是導(dǎo)師要告訴誰和誰要合作，而是讓團(tuán)隊想出要解決的問題，自發(fā)去找人合作。比如說，做材料的如果做出一個新材料，我鼓勵他和做電機(jī)的，做機(jī)械的去討論，看這樣的材料在電機(jī)或者機(jī)械里面，怎樣才是最好的應(yīng)用；如果是做機(jī)器人，是機(jī)械系的成員的話，如果有材料上的需求，就鼓勵他和做材料的人去討論需求是什么。我們可以自發(fā)形成互相的合作。在組里，我提倡大家對項目的進(jìn)展保持透明，任何項目的討論，每個成員想加入都可以加入，沒有限制，不是一個人已經(jīng)在某一個項目當(dāng)中，就不可以去聽別的項目，或者去參與，合作新的項目。同時，我們組也會制造一些非正式的接觸機(jī)會，比如每隔一個星期，有一個快樂時光，大家聊聊天，談?wù)勑碌南敕ā?/p>
《知識分子》：最后一個問題是關(guān)于技術(shù)轉(zhuǎn)化方面，很多科學(xué)家也想把自己的技術(shù)落地，轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，您有怎樣的建議？
鮑哲南：我做什么事情都是在實踐中學(xué)習(xí)。技術(shù)轉(zhuǎn)化，我們做教授的沒有真正學(xué)習(xí)過怎么樣做這個事。但是，只要對自己的技術(shù)有信心，有激情，就有機(jī)會和很多風(fēng)險投資人談，在交流當(dāng)中，就會有很多很有用的回饋。我們作為科學(xué)家，比較清楚的是技術(shù)方面的問題，但對市場需求，技術(shù)最適合解決市場上的一個什么問題，并不是很清楚，這是需要通過和很多的人交流了解之后，才慢慢知道。根據(jù)這些回饋的信息，我們再去想我們的技術(shù)最適合滿足怎么樣的市場需求，找到適合的商業(yè)上的目標(biāo)。
