當(dāng)25年前我開(kāi)始我生平的第一個(gè)科學(xué)生涯中的科研項(xiàng)目的時(shí)候，我懷揣著一個(gè)夢(mèng)想：讓將來(lái)所有的電視屏幕都變成可折疊性的?；蛟S我們可以把這樣的一個(gè)設(shè)備放在口袋里，也可以隨時(shí)隨地拿出來(lái)很方便地使用。當(dāng)時(shí)我暢想的主體還依舊是“電視屏幕”，因?yàn)樵?5年前，你可以想象，那時(shí)我們還沒(méi)有手機(jī)問(wèn)世。

科技的深度發(fā)展讓人們對(duì)各式智能設(shè)備的依賴程度越來(lái)越高，尤其是智能手機(jī)。智能手機(jī)的快速發(fā)展也逐漸衍生出一系列可穿戴的電子設(shè)備。智能手表、智能手環(huán)、藍(lán)牙耳機(jī)、VR眼鏡……此類產(chǎn)品作為智能手機(jī)功能的延伸，也正在隨著人們更高的消費(fèi)需求向更智能，更簡(jiǎn)潔輕便的方向發(fā)展。

“人機(jī)合一”：夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

但已經(jīng)習(xí)慣智能手機(jī)陪伴的你是否思考過(guò)，如果我們將來(lái)的生活中根本沒(méi)有手機(jī)，根本沒(méi)有這些需要穿脫的、笨重的電子器件，那將會(huì)是怎樣的景象？這是我們團(tuán)隊(duì)在幾年前提出的一個(gè)大膽的設(shè)想，我們認(rèn)為未來(lái)手機(jī)的功能將會(huì)會(huì)融入到人們所穿的衣服當(dāng)中，或者大家需要使用的智能電子器件將以貼在皮膚上或者植入到體內(nèi)的方式為我們所用。

這樣的轉(zhuǎn)變將意味著人和人之間，人和環(huán)境之間交流的方式要發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。因此，我們團(tuán)隊(duì)認(rèn)為將來(lái)的電子工業(yè)將隨之產(chǎn)生一個(gè)巨大的改變，人和人之間的溝通將有賴于像人造皮膚一樣的電子器件，這就是此后我們團(tuán)隊(duì)所提出的“電子皮膚”的理念。

在25年前，當(dāng)時(shí)如果要做成折疊的這些電子器件，是沒(méi)有任何可用的材料的。所以從那時(shí)起，我和同事們就開(kāi)始設(shè)計(jì)新的材料，研究怎樣才能夠用柔性的材料作出可折疊的屏幕。經(jīng)過(guò)8年的研究，我們終于做出了世界上第一款可以折疊的屏幕。

人造皮膚：柔性，智能，連通人體

我一生當(dāng)中最好的記憶是當(dāng)我把我的孩子抱在懷中，輕輕撫摸他的柔軟的小手和小臉的時(shí)候。也許對(duì)普通人來(lái)說(shuō)難以想象，身為母親的不可以撫摸或無(wú)法感知她的孩子，或者在廚房里面做飯的時(shí)候，即使被燙到也不知道，這就是戴著假肢的沒(méi)有感覺(jué)的病人每天所經(jīng)歷的。但是這又和研發(fā)可折疊的屏幕有什么關(guān)系呢？

眾所周知，人的身體并不是一條直線，而是一個(gè)彎曲的形狀。所以真正的電子皮膚也必須是像人的身體一樣，能在牢牢覆蓋在人身體上而不束縛人的正常運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)，并且同時(shí)也不會(huì)因?yàn)槿说囊恍┗顒?dòng)或動(dòng)作而碎裂。這個(gè)電子皮膚在附著在人的身體上時(shí)也必須要能夠正常工作。

所以放在我們團(tuán)隊(duì)面前，首先就有這么三個(gè)需要解決的核心問(wèn)題。第一，所用的電子材料不能再同以往的電子器件的用料一樣是剛硬的。因?yàn)楫?dāng)剛硬的材料放在身體上時(shí)，會(huì)因?yàn)樯眢w在運(yùn)動(dòng)時(shí)的一些動(dòng)作斷裂，因此不能夠正常工作。所以我們必須把這些材料做成像皮膚一樣柔軟，像皮膚一樣的可以拉伸，甚至可以像皮膚一樣能自修復(fù)，甚至再進(jìn)一步：可以生物降解。

不過(guò)，即便我們研發(fā)出了這些材料，還需面臨第二個(gè)挑戰(zhàn)。因?yàn)槲覀內(nèi)说钠つw是可以感知到壓力、可以感知到溫度、可以細(xì)膩地感知到不同的物體的。所以還需要把手頭的這些柔軟材料，或者說(shuō)人造皮膚，做得讓它們能夠真正地感知感受到不同的物體，也就是知覺(jué)。

最后，即使過(guò)了前兩關(guān)，得到的這些傳感器可以接收信號(hào)，就像我們的皮膚可以感受到不同的知覺(jué)，但是如果我們的大腦不能處理這些信號(hào)的話，還是沒(méi)有感覺(jué)。所以皮膚的信號(hào)或者人造皮膚的信號(hào)需要能夠和人體結(jié)合起來(lái)。

發(fā)現(xiàn)絕妙材料

我們此前16年的研究就在著重解決這三個(gè)最重要的問(wèn)題，非常感謝我的學(xué)生們和合作者們的努力和幫助，使我們?cè)谶@三方面均有重大突破。

首先從材料的角度來(lái)講，我們需要通過(guò)分子的設(shè)計(jì)去得到不同的材料。大家都知道原子是形成分子的，當(dāng)分子排列成不同的序列的時(shí)候，它們會(huì)給分子不同的性能。比如說(shuō)，金屬性能或者可拉伸性的性能。因此當(dāng)我們有了一定的分子的設(shè)計(jì)，然后用化學(xué)反應(yīng)去制作出材料的時(shí)候，我們才可以去實(shí)現(xiàn)目標(biāo)中不同的性能。但是如果這些分子所做成的材料是剛硬的材料，當(dāng)人體在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，這些材料要么會(huì)束縛人的運(yùn)動(dòng)，要么它們的化學(xué)鍵就會(huì)斷裂，那使得這個(gè)電子器件就不能再工作。

所以我們提出了用那些可以自己修復(fù)的化學(xué)鍵去制作這些新型的電子材料。使得我們所得到的電子材料即使其中的化學(xué)鍵斷裂之后，它們也會(huì)自己重新修復(fù)，就有了可拉伸性和自修復(fù)性，甚至可以有生物降解的性能。這是我們所做的一款可以拉伸性的材料，你可以看到即使用針去刺在上面，它也不會(huì)碎裂。這個(gè)是我們做的另外一個(gè)材料，是可以自修復(fù)性的。這個(gè)材料，當(dāng)我們?nèi)デ兴臅r(shí)候，它的化學(xué)鍵會(huì)斷開(kāi)。但是當(dāng)兩個(gè)材料被放在一起的時(shí)候，化學(xué)反應(yīng)立刻在室溫下又進(jìn)行使得化學(xué)鍵又重新產(chǎn)生。那這個(gè)材料現(xiàn)在你可以看到，很快地就恢復(fù)它原來(lái)的性能。通過(guò)我們前面十年的研究，現(xiàn)在我們有一系列的電子材料，從導(dǎo)電的像金屬一樣的材料到半導(dǎo)體的材料，還有是可以拉伸性的，也可以是自修復(fù)性的，也可以是生物降解性的。

所以有了這些材料，我們現(xiàn)在可以去開(kāi)始做一些電子電路。比如說(shuō)，這個(gè)電子電路，它是排列成陣列型的，同時(shí)你看到的紅色的曲線就是它發(fā)出的電信號(hào)。當(dāng)我們?nèi)ダ焖で蛘呱踔练旁卺斪由?，它也照常可以工作。那個(gè)紅色的信號(hào)保持不變，說(shuō)明它還是在正常的運(yùn)作當(dāng)中。我們也需要去開(kāi)發(fā)一些光化學(xué)的研究，使得我們可以把材料做成陣列型的。這樣我們才可以做成一個(gè)小的新的人造皮膚，使得它可以當(dāng)這個(gè)小蟲(chóng)放在上面的時(shí)候，可以檢測(cè)到這個(gè)小蟲(chóng)的腿的位置。

“裸感器件”的傳感器是什么樣的？

有了材料之后，我們下一步所需要做的是將這些材料做成靈敏的傳感器。它既需要有靈敏度，也需要可以分辨不同的外界的信號(hào)。我們?cè)缙陂_(kāi)發(fā)的一個(gè)可以測(cè)壓力的傳感器，是用小的金字塔做成的形狀。當(dāng)塔尖接受到壓力的時(shí)候，塔尖會(huì)變形，使得電信號(hào)改變。但壓力更加大的時(shí)候，塔底也會(huì)變形，使得電信號(hào)的改變更加大，這樣我們就可以測(cè)出不同的壓力。當(dāng)把這樣的傳感器放在機(jī)器的手上的時(shí)候，機(jī)器手就可以去觸摸這個(gè)紅莓同時(shí)不把它弄碎。

當(dāng)一個(gè)人閉著眼睛的時(shí)候，用手去觸摸一個(gè)玩具熊，或者去觸摸一個(gè)蘋果，都可以分辨出來(lái)。這是因?yàn)椴粏稳说氖挚梢愿杏X(jué)到壓力，而且皮膚還會(huì)變形，變形的時(shí)候就可以知道是不同的物體。所以在我們的壓力傳感器上，再加一層可以變形的薄膜，就可以測(cè)出這個(gè)所謂的變形，使得我們對(duì)觸摸到的到底是一個(gè)草莓還是一個(gè)蘋果作出判斷。

至于溫度傳感器， 我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)材料。當(dāng)溫度升高的時(shí)候，這個(gè)材料會(huì)膨脹，膨脹會(huì)導(dǎo)致里面的金屬顆粒間的距離分得更加遠(yuǎn)，那這樣子，它的導(dǎo)電力就會(huì)變化，就能起到測(cè)量溫度的作用。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)有了傳感器也有了材料，最后需要做的一點(diǎn)，就是讓所接收到的信號(hào)成為我們的大腦可以理解的信號(hào)。人類大腦所接收的從皮膚來(lái)的信號(hào)是電的脈沖信號(hào)，所以我們所做的人造皮膚也必須能夠把傳感器所得到的信號(hào)改變成同樣的脈沖信號(hào)。有了這個(gè)信號(hào)之后，我們還需要把這個(gè)電信號(hào)直接接到我們的神經(jīng)上，通過(guò)神經(jīng)才可以傳輸?shù)酱竽X。所以人造皮膚必須非常柔軟，必須不傷害到我們的神經(jīng)或者大腦。

現(xiàn)在我們已經(jīng)把這樣的人造皮膚植入小老鼠的身體，可以看到小老鼠可以正常地運(yùn)動(dòng)，正常地生活，證明這些人造皮膚是確實(shí)是可以和生物體系相容的。距離這些人造皮膚真正用到人的身上還會(huì)需要一段時(shí)間，但是最主要的理念現(xiàn)在已經(jīng)可以得到證實(shí)。經(jīng)過(guò)我們此前所有的這些研究，我們現(xiàn)在已經(jīng)有一系列的材料和電子器件，使得我們可以證實(shí)人造皮膚是可以做成的。

研究不止于此

目前我們解決了最基本的問(wèn)題，但是還有很多問(wèn)題需要繼續(xù)解決，繼續(xù)研究。但是這個(gè)理念已經(jīng)被證實(shí)，同時(shí)人造皮膚也給我們帶來(lái)了很多意想不到的新的啟發(fā)。

當(dāng)新生的嬰兒出生的時(shí)候，尤其是早產(chǎn)的嬰兒，他們非常非常脆弱。初生嬰兒的小膀子就像我的手指一樣的粗細(xì)。如果要監(jiān)測(cè)初生嬰兒的血壓，需要用一個(gè)像釘子一樣的針，刺進(jìn)他的血管，肯定會(huì)對(duì)嬰兒產(chǎn)生很大的傷害，所以醫(yī)生經(jīng)常選擇不去測(cè)他的這些信號(hào)。但是缺少了對(duì)嬰兒身體的檢測(cè)，就會(huì)缺少非常重要的診療信息。所以我們可以用人造的皮膚，做成連續(xù)的、測(cè)量血壓的器件，做能夠輕輕地貼在嬰兒身上的血壓計(jì)。

此外，我們發(fā)現(xiàn)用我們的自修復(fù)材料，其實(shí)可以使得鋰電池變得更加穩(wěn)定，而且是可以高能量的儲(chǔ)電。所以雖然鋰電池要用在電動(dòng)汽車上，現(xiàn)在它還達(dá)不到所要的功能和所要的安全，但人造皮膚研究當(dāng)中給我們帶來(lái)了一個(gè)意想不到的新發(fā)現(xiàn)，或許可以在電池儲(chǔ)能領(lǐng)域也能發(fā)揮作用。

我現(xiàn)在可以非常有信心地說(shuō)，人造皮膚將會(huì)改變?nèi)藗儗?lái)的生活，可以使得人和人之間更加多地溝通，可以使人和人之間更加多地互相的理解。人造皮膚的研究也讓我們這些研究人員們學(xué)到了更多做研究的方式。現(xiàn)在我的課題組有化學(xué)家、生物學(xué)家、物理學(xué)家，也有電子工程師和機(jī)械工程師，大家并肩在一起做研究。這些來(lái)自不同領(lǐng)域的研究人員們也來(lái)自世界各個(gè)不同的國(guó)家。我堅(jiān)信只有在一個(gè)非常包容的環(huán)境，才可以使得我們更加有想象力，更加有創(chuàng)造力，才能幫助我們?nèi)ソ鉀Q世界上最難解決的科學(xué)問(wèn)題。

責(zé)任編輯：PSY