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斯坦福工程学院化工系系主任鲍哲南:小白鼠可以正常使用电子皮肤了
发表日期:2020-11-09 02:25| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:斯坦福工程学院化工系系主任鲍哲南:小白鼠可以正常使用电子皮肤了

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斯坦福教授鲍哲南:电子皮肤必须要解决三个问题

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斯坦福工程学院化工系系主任鲍哲南:小白鼠可以正常使用电子皮肤了

斯坦福工程学院化工系系主任鲍哲南

腾讯科技讯 11月7日,2020年腾讯科学WE大会在线上举行。斯坦福工程学院化工系系主任鲍哲南分享了她在电子皮肤领域的最新设想和研究进展。

鲍哲南几年前曾提出过一个设想:电子工业将会有一个巨大的改变,我们将会用像人造皮肤一样的电子器件让我们人和人之间沟通。

在鲍哲南看来,电子皮肤也必须是像人的身体一样,可以覆盖在身体上而不会束缚人的运动,同时也不会碎裂,这个电子皮肤在身体上的时候也必须要能够工作。基于此,电子皮肤必须要解决三个问题:

第一,电子皮肤所用的电子材料不能再是刚硬的,因为刚硬的材料放在身体上,当身体在运动的时候,这些材料就会断裂。所以必须把这些材料做成像皮肤一样的柔软,像皮肤一样可以拉伸,甚至可以自修复,可以生物降解。

第二,这些材料还需要把它们做得真正可以感受到不同的物体。

第三,我们的皮肤可以感受到不同的知觉,使用电子皮肤的话,如果我们的大脑不能处理这些信号的话,还是没有感觉,所以皮肤的信号或者人造皮肤的信号需要能够和人体结合起来。

鲍哲南针对这三点进行了大量的实验,目前已经有了重大突破。首先是材料,鲍哲南提出用那些可以自己修复的化学键去制作这些新型的电子材料,使所得到的电子材料,即使其中的化学键断裂之后,它们也会自己重新修复,就有了可拉伸性和自修复性,甚至可以有生物降解的性能。

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。鲍哲南早期开发一个可以测压力的传感器,是用小的金字塔做成的形状,当塔尖接受到压力的时候,塔尖会变形,使得电信号改变,但压力更加大的时候,塔底也会变形,使得电信号的改变更加大,这样我们就可以测出不同的压力。

最后需要做的就是,所接收到的信号让大脑可以理解。人造皮肤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,那有了这个信号之后,还需要把这个电信号直接接到我们的神经,通过神经才可以传输到大脑,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。

鲍哲南透露,现在已经把它植入小老鼠的身体小老鼠可以正常地运动,正常地生活证明这些人造皮肤是确实是可以和生物体系相容的。

以下为鲍哲南教授演讲全文:

大家好,我是鲍哲南,斯坦福工程学院化工系系主任,K.K. Lee教授。

首先我想问一个问题,你今天有没有带你的手机?如果我们将来的生活根本没有手机会是怎样的?

这是我们几年前提出的一个大胆的设想,我们认为手机的功能会融入到我们所穿的衣服当中,我们所贴在身上的电子器件和我们所种植到体内的电子器件中。这将是我们人和人之间,人和环境之间交流的方式。我们认为将来的电子工业将会有一个巨大的改变,我们将会用像人造皮肤一样的电子器件让我们人和人之间沟通,这就是我们所说的电子皮肤的理念。

在25年前,当我开始我生平的第一个科学生涯的时候,我当时就有一个梦想。我的梦想是,将来所有的电视屏幕都会变成可折叠性的。我们可以放在口袋里,也可以随时随地拿出来用。但是,在25年前,你可以想象,我们还没有手机。当时如果要做成折叠的这些电子器件,我们没有任何可用的材料。从那时起,我们就开始设计新的材料,去发现怎样能够把折叠屏幕做成柔性的。经过8年的研究,我们做出了世界上第一款可以折叠的屏幕。

我一生当中最好的记忆是当我把我的小孩抱在怀中的时候,轻轻抚摸他的柔软的小手和小脸的时候。你可以想象吗?做妈妈的不可以抚摸她的孩子,或者你在厨房里面做饭的时候,即使被烫到也不知道,这就是戴着假肢的没有感觉的病人每天所经历的。但是你又会说,那这和可折叠的屏幕又有什么关系呢?

其实我们人的身体不是一条直线,是一个弯曲的形状。所以你可以看到如果我们的电子皮肤也必须是像人的身体一样,可以覆盖在身体上而不会束缚人的运动,同时也不会碎裂,这个电子皮肤在身体上的时候也必须要能够工作。

我们最重要要解决的有三个问题。第一个我们要解决的问题是,我们所用的电子材料不能再是刚硬的。因为刚硬的材料放在身体上,当身体在运动的时候,这些材料就会断裂而不能够工作。所以我们必须把这些材料做成像皮肤一样的柔软,像皮肤一样的可以拉伸,甚至可以自修复、甚至可以生物降解。

第二个挑战是虽然我们有了这些材料,但是我们人的皮肤可以感知到压力,可以感知到温度,可以感知到细腻的不同的物体。这些材料还需要把它们做得让这些人造皮肤真正可以感受到不同的物体。

最后,即使这些传感器可以接收信号,就像我们的皮肤可以感受到不同的知觉,但是如果我们的大脑不能处理这些信号的话,还是没有感觉。所以皮肤的信号或者人造皮肤的信号需要能够和人体结合起来。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。

首先从材料的角度来讲,我们需要通过分子的设计去得到不同的材料。我们知道原子是形成分子的,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。比如说,金属性能或者可拉伸性的性能。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。但是如果这些分子所做成的材料是刚硬的材料,当人体在运动的时候,这些材料要么会束缚人的运动,要么它们的化学键就会断裂,那使得这个电子器件就不能再工作。

所以我们提出了用那些可以自己修复的化学键去制作这些新型的电子材料。使得我们所得到的电子材料即使其中的化学键断裂之后,它们也会自己重新修复,就有了可拉伸性和自修复性,甚至可以有生物降解的性能。这是我们所做的一款可以拉伸性的材料,你可以看到即使用针去刺在上面,它也不会碎裂。这个是我们做的另外一个材料,是可以自修复性的。这个材料,当我们去切它的时候,它的化学键会断开。但是当两个材料被放在一起的时候,化学反应立刻在室温下又进行使得化学键又重新产生。那这个材料现在你可以看到,很快地就恢复它原来的性能。通过我们前面十年的研究,现在我们有一系列的电子材料,从导电的像金属一样的材料到半导体的材料,还有是可以拉伸性的,也可以是自修复性的,也可以是生物降解性的。

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