鮑哲南研發的人工皮膚 能讓皮膚擁有更多新功能

千秒專訪：鮑哲南談人工皮膚的應用前景

隨著科技水平的極大提高，智能假肢、智能機器人、自動駕駛汽車等高科技產品已經極大地給人們的生活帶來了便利，但人們又有了新的需求——希望假肢有觸覺、希望機器人能感知、希望自動駕駛更安全。

由斯坦福大學華裔女教授鮑哲南正在研發的人造皮膚，或許將為這一切帶來巨大的改變。

鮑哲南於1970年11月出生於江蘇南京，現執教於美國斯坦福大學化學工程系。在製造用於柔性薄型顯示器的全塑晶體管的新型高性能有機、高分子半導體材料方面，鮑哲南作出了突出的貢獻。她開拓了高電荷遷移性質的聚合物半導體和空氣中穩定的有機半導體材料的分子設計原理，這些材料可以採用溶液噴塗或印刷技術進行處理。

圖：鮑哲南獲得第十九屆「世界傑出女科學家成就獎」（圖片來源：新華網）

2015 年，鮑哲南因柔性人造皮膚開發，入選《自然》（Nature）雜誌"2015年度對全球科學界產生重大影響的十大人物"。2017年，她又因該項成就獲得第十九屆「世界傑出女科學家成就獎」。

在接受長城會《千秒》專訪時，鮑哲南介紹到，人造皮膚是由敏感度極高的電子感應器所組成，當感應器連成一片時，就形成「皮膚」，而「人造皮膚的最重要的一點，就是能夠增加一些人體皮膚本身沒有的性能，讓我們能夠感覺到、或者去控制一些外界的東西，比如幫助你打開電視、關上窗戶等。」

專訪實錄

思考「不一樣」

《千秒》：您認為科研者如何才能發現新的機遇？

鮑哲南：如果每個領域都和我們所設想的一樣的話，那就不可能有新的重要的反饋，所以當我們做的東西和設想的不一樣的時候，我們就要退一步，並去思考一下，它到底為什麼會不一樣？是不是我們原先的這個設想或者假設是不正確的，所以導致我們所看到的現象並不能跟假設所吻合？這樣的話，我們就可以去重新思考，然後有可能會發現一些新的規律或者新的現象是以前所沒有設想到的。

我常常跟學生講，其實我最喜歡看哪一個實驗結果是跟你的設想是不一致的，如果不一致的話，我們就要把它搞清楚，搞清楚就可能是一個重大發現，所以不能把它錯過。

《千秒》：這往往是產生重大機遇的時候。

鮑哲南：有時候和學生一起討論研究結果的時候，我常常覺得就像在一個沙灘上撿貝殼。那有好多好多貝殼，這些貝殼裡，有的是好的，有的是不好的，但是我所說的不好的，可能是貝殼上面有一層髒的東西，就像鮑魚的貝殼，它外面很醜、很髒的樣子，但是你把外層磨掉後，裡面非常非常的漂亮，做研究也是這樣子，要善於去找到這個好的結果。

像管理公司一樣管理科研團隊

《千秒》：能否給我們介紹一下您團隊的一些情況？您的研究團隊應該也都是各個細分領域比較頂級的研究人員，您怎麼去領導這些人，並去不斷突破？

鮑哲南：我們的研究團隊是一個人才非常多樣化的一個團隊，我們有博士生、博士後，基本上是一半博士生、一半博士後，大約50個研究人員，這裡面大約1/3是「做」材料的，他們可以自己製作新的材料；另外1/3是去「研究」這些材料，去理解這些材料，弄清楚它到底為什麼會有這些新性能；還有1/3是去「用」這些材料的，當我們發現一個材料有特殊的功能的時候，我們會去看怎麼樣應用是最好的。

要做整個這樣一圈，把它成套都做的話，學生們的背景就需要有化學的、化工的、材料的、電機的、機械的，還有生物工程的，所有這一套都有。

在組織這些學生一起做項目的時候，我希望他們可以自發地去找到他們覺得自己最有興趣的項目，然後鼓勵他們自發地去組裡面找到適合的其他的同學一起跟他們合作。這樣子有點像自己創業，在小組裡面創業，如果某一個（學生）做了材料的話，我會說你可以跟做器件的或者做表徵的其他的同學聊，你自己去跟他們一起合作，然後你們定一個方向。

這樣，在組裡面每一個成員都有自己創業精神的話，他們自己就可以產生一些新的想法，而不會被束縛住。我一個人只能想出我一個人能想的東西，但我有50個成員，他們有50個非常非常聰明的、世界上最優秀的大腦一起幫我想，這樣就可以一下子把我們所能想到的東西乘以50，或者更多。

對於每一個研究小組，我覺得都像一個公司一樣，每個成員有他們不同的角色，教授就像一個CEO一樣，教授最重要的工作是找到資源、找到最好的人，然後定大的方向。這樣的話，這些學生很清楚自己這個小組的目標是怎麼樣，然後我去給他們創造條件，讓他們可以有最有創造力的想法，並把它顯示出來，那我覺得這個小組、這個「公司」就可以成功。

圖：2016年9月，鮑哲南參加長城會在矽谷主辦的G-Summit全球科學創新峰會並發表演講

《千秒》：我們知道斯坦福的教授的工作方法跟國內是不一樣的，他們又要教書育人，還要有自己的實驗室做一線的研究工作，您還有自己的公司，您作為這個三重的身份，怎麼樣保證1+1＞3，怎麼做好這麼多事？您平時是怎麼做時間分配、時間管理的？

鮑哲南：每個人時間當然都有限，又有很多很多事情都是需要我們關注的，但是對我來說，我會選擇所做的事情是我覺得是自己可以起到最大作用的事情。

比如說在我創業的公司裡面，我覺得我的強項或者我最能幫助公司的地方，並不是我每天在公司裡面管日常的事情，或者具體的技術的事情，因為這些事有公司的CEO、公司的技術總管，每天具體地去管。那我能夠對這個公司最有幫助的地方就是大方向的把握，還有當技術遇到困難的時候，我去幫助。如果一直都很順利的話，我不需要花非常多的時間，但是它需要我的時候，我會花非常多的時間去幫助它。這樣就可以平衡，把我的精力放在最需要我而且我能夠有最多貢獻的地方。

《千秒》：最近三五年，您的重點還是人造皮膚這一塊是吧？

鮑哲南：對，下一個問題是人造皮膚的新的應用方向，但是我們的著重點還是研究怎樣製造人造皮膚、怎樣控制人造皮膚各種不同的功能，從分子設計的角度上，怎麼去控制它的功能。如果這個基礎研究方面的關係很清楚的話，那以後我想做什麼樣的新應用，不管是在腦科、心臟科，或者其他跟醫學有關的、環境能源有關的領域，都只不過是目標不同，我總歸可以把人造皮膚設計成為這個新的應用所需要達到的目標。

圖：人造皮膚中所用到的感應器（圖片來源：鮑哲南演講PPT）

《千秒》：醫學是一個非常重要的試驗場？

鮑哲南：是的，人體是一個非常非常複雜的機器，所以我覺得從研究的角度上來說，有做不完的新的問題可以去解決，這是讓我很興奮、很激動的一點。

《千秒》：目前人造皮膚的研究有哪些進展？

鮑哲南：現在它的主要產品是導電的透明電器，它能達到的指標在同行裡面可以算是最好的，所以現在我們在和很多亞洲的生產顯示屏幕的廠家在接洽，包括很多大的公司，特別是在中國，還有日本、韓國的公司，要把我們的一些產品，用在顯示屏幕、觸摸屏幕上面。

《千秒》：下一個想攻克的難題是什麼？

鮑哲南：我對人的大腦怎麼工作非常有興趣，我覺得去理解大腦和各個部位怎樣互相溝通，對於研究人造皮膚、電子皮膚可以起到一個很大的作用，因為可以把人造皮膚的柔軟性，還有電子器械所能夠感測信號的這些功能，應用在大腦的測試上面。因為大腦是一個很軟的組織，所以如果用硬的電極，或者一些硬的電子器件的話，會損壞大腦，但是像人造皮膚這樣非常柔軟的、有拉伸性的電子器件，我們可以放在大腦上，甚至放在大腦內部而不損壞大腦。所以我希望。這個是我們更遠的目標，我們現在已經開始往這個方向去看，看有什麼新的可能性。

我現在已經有兩個和腦科教授聯合培養的學生，這一點也是我覺得在斯坦福大學對我的事業受益匪淺的方面。當我想介入一個新的方向的時候，總有很多非常優秀的同事，我可以和他們一起合作，還有非常勇敢的學生，他們敢於去開創一個新的領域，敢於跨學科，而且跨得非常厲害，從腦科跨越到電子學科還有化學材料。但是這些學生一點都不怕，他們聽到某個非常震撼或者對自己非常有激勵的問題，就會做這樣新的研究。

這些都是未知的，同樣像我們開始講的，這個問題聽起來可能是一個非常複雜、非常龐大的問題，所以我們在做研究的時候要尋找切入點，尋找簡單的問題，這樣我們可以做到兩年或者說三年，就會有一個發現，或者有進展，而不是說要做十年才會有一個新的突破。

跨學科合作機制

《千秒》：斯坦福大學內部各個科學家實驗室之間，這種跨學科之間的合作多嗎？

鮑哲南：跨學科合作非常多。一方面是學生做畢業論文方面，他不需要在他所進入的學科或者系去做他的論文，他可以在斯坦福大學裡任何教授的組裡面去做論文，每個教授也都很願意合作，很願意大家一起去解決很複雜的問題。因為現在的科學發展已經到了一定的程度，重大的問題、有意義的問題都是很複雜的問題，而不是一個簡單的單學科的問題，所以就必須要有很多不同學科的專家在一起非常有效地合作，才能解決重大的問題。

我覺得，在這裡之所以跨學科做研究非常容易，是因為條條框框已經被去掉了，所以學科之間很明確的分界線在做研究的時候已經不存在了，只是學生進入不同的領域，他上的課程可能有一些不一樣，但是當他開始做研究的時候，就完全沒有很清楚的領域分界線。我覺得有一點很重要，就是要建立能夠促進大家一起合作去解決困難的問題的這樣一個體制。

如果說化學系的學生只能在化學系做他的研究，物理系學生只能在物理系做研究的話，就很難做到跨學科的合作。

《千秒》：我們都知道，斯坦福大學非常鼓勵科學家去創業，在科學家創業這一塊，它具體給到哪些非常大的支持？

鮑哲南：我在斯坦福大學待到現在有12年了，我覺得之所以斯坦福大學有很多人創業，並不是說學校有鼓勵。比如我有一個發明，學校的校長會來和我講說你應該開個公司啊，從來沒有這樣，也沒有說學校它是做專利保護的機構，它也從來沒有來跟我講，說你這篇文章應該去發個專利，你應該開公司等等，他們從來不做這些。但是我覺得之所以斯坦福大學會有這樣多的教授去開公司，是因為斯坦福所鼓勵的精神是你做出來的研究要有意義，要對社會有幫助。

所以，當我做了一個研究，我覺得這個研究非常重要，它可以讓我去改變世界、改變科技的發展，或者改變人類的生活，那我會有激情，我希望把我所發明出來的新的東西用在真正的產品上，這樣可以讓很多人受益。

雖然學校並沒有鼓勵我們去做公司，但是整個學校的氛圍，還有學校所強調的我們做研究是要對人類有幫助的、有意義的一個宗旨，使得我們很多教授都希望去做創業這樣一個事情。

《千秒》：我對科學家怎麼去思考比較感興趣。比如說獲得比較大的靈感是因為過去的一些研究積累到了一定程度，所以取得一定的成果是自然發生，還是突然間，比如說像牛頓一樣坐在樹下，有一天偶然的一個機會被一個蘋果砸到頭了，然後突然間有一個全新的想法？

鮑哲南：我覺得有很多地方會產生靈感，一個很重要的機會是我前面提到的和學生一起討論結果的時候，通過一些失敗的實驗或者意想不到的實驗，會產生一些靈感。另外，我天天走路上班、下班，因為我住得離學校很近，來回單程是半個小時，有時候聽聽收音機，有時候就思考思考，這個時候有時也會想到一些新的想法。有時候是有一些方向，或者是有一些不同的想法，一開始你不知道它們是怎麼樣是連在一起的，但是當心不在焉，沒有注重在想這件事情的時候，突然間這些就會出現在你腦子裡面，就像是一個燈泡大亮了一樣。特別是我在走路的時候，或者坐在會議報告廳裡面在聽別人報告的時候，有時候思想開始走神，想到我這個問題一直沒有解決，突然想出來一個好方法，這也常常會發生。

一直太注重某個問題的話，有時候反而就會看得太近了，當再遠一點，離開一段時間，卻突然會有靈感。

未來的「人造」空間

《千秒》：您覺得材料科學，除了剛才您講的那些近期可能有一些重大應用之外，還有哪些領域，在我們可預見的未來，能給我們一些更大的想像空間？材料科學可不可以做一些人造肌肉、人造血管或者人造其他的東西，發揮巨大的價值。

鮑哲南：我覺得都是可以達到的。我很早期讀研究生的時候，就對材料特別感興趣，因為材料可以涉及我們生活所有的地方，而且有很大的想像空間。從分子設計的維度上來說，我們改變一個原子，改變其中這些分子的排列，就可以改變這個材料的很多不同的性質，所以幾乎有無窮的變化可以做到，只要我們知道怎樣去設計這些材料，我覺得總是可以達到最終我們想要達到的這些性能標準的。

《千秒》：之前我看過關於您一些研究成果的資料，人造皮膚可以幫助我們去感知冷熱、疼痛還有潮濕，它能不能為我們帶來一些超越人類的一些感知？比如說有一些生物它可能看得距離比人類遠，比如說我們未來是否有一些材料可以為我們帶來一些超越性的感知？

鮑哲南：我覺得這個是人造皮膚最重要的一點，就是它能夠增加我們皮膚的一些性能，讓我們能夠感覺到一些東西，或者去控制一些外界的東西，這些是我們現在皮膚所達不到的。比如說現在有一些人造皮膚看起來就和我們的皮膚一樣，但是你觸摸它，它可能就讓你的電視打開了、或者幫你把窗戶關了。或者還有一個，最近的一個人造皮膚是它看起來和人的皮膚一樣，但是塗在臉上有皺紋的地方，那個皺紋就消失了。但人造皮膚的這個概念，最重要的還是可以讓我們人有一些新的功能，而這些功能是我們已有的皮膚所達不到的。

《千秒》：您覺得，要讓人造皮膚這個技術能夠惠及更多的人群，我們還有哪些努力需要做的嗎？有沒有可能這個技術剛剛產生的時候，無論是成本還是其他方面，都是很少有人能夠成功獲益的？

鮑哲南：對，我覺得這個蠻重要，也是做研究或者開公司都要有一個長遠的目標。這個長遠目標可能是非常高的一個目標，很難達到的，要10年、20年的努力，但是同時也需要有一些近期的目標，這個近期的目標要能夠讓大眾或者顧客感覺到這是一個非常有用的產品，或者是他們可以聯繫到、感覺到的一個應用，這樣這個領域才可以一步一步上升。在人造皮膚的研究上面，我們也是這樣的一個選擇方式，在近期，實現像一些人造皮膚放在體外的這樣的應用，比如說測血壓、測心跳，或者測量人勞累程度，這些是比較近期的目標。

圖：人造皮膚的應用前景（圖片來源：鮑哲南演講PPT）

中期的話，比如在機器人身上可以讓它得到一些能夠感受周圍的環境的能力，或者開汽車，像無人駕駛汽車。但是無人駕駛汽車需要能夠感知周圍的環境，而且坐在車上的人他有什麼情況或者有什麼指令，這個汽車也需要能夠和這個人和環境溝通，這些是中期的一些應用。

然後長期的、比較困難的一些的、需要更多研究的應用是在醫學上面。比如跟大腦有關的應用，或者把人造皮膚的電子醫療器械植入體內，去監控體內的器官的情況，這些是比較長遠的，所以這個是我們所看到的發展的基本方向。

在我看短期的話是三五年內，中期的話是10年以內，長期的話是15、20年。

《千秒》：您的終極夢想是什麼？

鮑哲南：我覺得最重要的是希望做一些有用的事情，比如說做的研究能夠幫助我們的生活會更好。另外作為教授的話，我也希望培養出一批非常好的人才，我希望我的學生以後變成非常有名的企業家，或者變成非常有名的教授，這會是令我非常高興的事情。

《千秒》：如果不做化學家，還想做什麼事情？

鮑哲南：我走路回家的時候常常會想，其實在世界上，我想不出比現在我這個工作更好的一個工作了，因為這個工作讓我非常自由，我可以選擇往技術上發展，或者往商業上發展，而且我還會影響到非常多人的生活。從培養學生這個角度來說，可以培養本科生，培養博士生，影響的並不是我做一個研究課題能夠涉及的範圍，而是能夠涉及非常多的人，他們以後會對這個社會有貢獻。

我覺得我的思想也受這個環境的影響。剛剛來斯坦福大學的時候，我從來沒有想要創業、要開公司，那時候我是比較學術的想法，覺得要做最高的學問，但是慢慢發現，其實做最高的學問和要創業以及做對人類有幫助的事情，是不衝突的，都是一致的方向，而且在這樣的一個環境里，我可以把這幾點全都結合在一起，放在我的研究和學生的教育上。

《千秒》：您有想像過20年之後您會在哪裡的問題嗎？

鮑哲南：我覺得每10年都不一樣，都在變，20年後我覺得有點難講，但是像現在階段和10年前我的想法就完全不一樣。10年前我剛剛到斯坦福大學，那時候目標是要寫最好的文章、做最好的科學。慢慢地我就覺得光做最好的科學，但是沒有能夠真正影響到大家的生活的事情，或者是能夠真正做一些使得有一些不同的改變的事情，好像是不夠滿足。所以我覺得每一個階段，我一直有好奇心在那裡。

關於鮑哲南

出生並成長於中國南京，在南京大學完成三年本科課程後進入美國伊利諾州立大學芝加哥分校化學系學習。1995年，她在美國芝加哥大學化學系取得博士學位，隨後進入著名的貝爾實驗室任職，長達8年。

從2004年起，加入美國斯坦福大學化學工程系，現為該系副教授。這期間，她一直致力於化學、材料科學、能源、納米電子學和分子電子學等領域的研究，並取得多項重要成果，是美國最優秀的女化學家之一。2017年3月，鮑哲南獲得第十九屆「世界傑出女科學家成就獎」。

在鮑哲南取得的所有研究成果中，於2010年公開發表的人造皮膚研究，引發了人們廣泛的關注。2011年，鮑哲楠和團隊又研製出了最新的可拉伸太陽能電池，為人工電子皮膚增添了自我發電的新功能，使其得到進一步完善。

鮑哲南還是是美國矽谷C3 Nano公司創辦人之一。C3Nano創辦於2010年底，從事新一代透明電極材料的開發，應用於柔性電子、顯示器、觸控屏、太陽能光伏、節能照明、等眾多領域。

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