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           20年后，也許你的生活將是這樣的：

你脈搏上的電子皮膚，能隨時監測心率、血糖，實現智能把脈；

喉嚨上的電子皮膚，通過感受咽喉肌肉運動產生的壓力變化，為聾啞人“發聲”；

你的整個身體或將成為一個網絡中心，體內的傳感器跟外界產生連接……

這些看起來很遙遠，但其實正在邊緣地帶，悄悄孕育著，并且極有可能成為當下智能手機時代的顛覆者。

因人造皮膚開發而聞名于世的全球頂級華人女科學家鮑哲南，在混沌大學的課程中說，像人類皮膚一樣柔軟的柔性電子器件，將是電子工業下一個發展的大趨勢，甚至有可能顛覆智能手機。

*以下根據鮑哲南9月16日在混沌大學的課程《柔性電子變成人類皮膚》整理而成。

授課老師｜鮑哲南

斯坦福大學教授、世界杰出女科學家獎獲得者

如果說摩爾定律幾乎已達到物理極限，那么未來的電子工業出路會在哪里？我認為，新的材料、新的器件將會開辟一個全新電子工業的基本元素。

在混沌大學的這次課程中，我將為各位同學介紹人造皮膚——這個可以在電子工業中開啟全新領域的材料，到底如何產生，又將會為工業產業帶來怎樣的轉變。

未來電子工業：

不一定很硬，也可以柔軟

我們都知道，電子工業的開端是貝爾實驗室發明了晶體管。博士畢業后，我曾在那里工作了八年，也在那里確定了我研究的大方向。

在貝爾實驗室誕生的13個諾貝爾獎中，晶體管是第一個。

晶體管是什么？簡單說，就是一個電子器件，類似于一個小開關。計算機芯片的運轉，以及顯示屏幕會轉換畫面，都是因為有它。

晶體管之所以能蓬勃發展，有一個重要的關鍵點，就是發現了可以用便宜的材料——“硅”，來做晶體管。要知道，晶體管最開始做出來的時候，所用的材料并不是可以生產的材料。

后來，英特爾又發現了怎么樣可以把晶體管集成，做在一片襯底上。也就是說，一個很大的電子器件，可以把它做得非常小，全是薄膜型，做在一片襯底上；在同樣一個襯底上放得晶體管約多，賣的小芯片越多，賺得錢就越多。

于是，英特爾創始人戈登·摩爾（Gordon Moore）提出了電子工業發展領域重要的經濟規律——摩爾定律，即當價格不變時，集成電路上可容納的元器件數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。。

直到現在，芯片可以做到7納米，比我們的頭發還要細（備注：人類頭發一般在100微米以內），如果再縮小，就是原子級了，幾乎已達到物理極限。那么，未來，電子工業還有什么出路？

其實，除了越來越小之外，電子工業還有另外一個很重要的發展趨勢，就是可以把電子產品做成更加多樣化、多形化。

比如說，這些電子的器件產品或者傳感器，并不一定要很硬的，也可以很柔軟。我們可以想像，可以把它放在心臟上，檢測心臟的電流，或者做可彎曲的屏幕。

所以，如果要讓電子工業有一個新的突破的話，我們所用的電子材料完全要變掉。因為現在的電子材料都是硬的，硅就像玻璃一樣，容易碎。

如果要穿在身上，要折疊，要放在器官上面的話，這些電子器件要能夠有很好的電子功能，而且還要跟著我們身體一起移動，否則就會很不舒服。

這些來自工業發展的需求就形成了我研究的大目標：用新的材料、新的器件，讓電子工業有新的發展可能性。

那么，我們需要的這種新材料，有什么可能的實現方式呢？

可能一：可以把硅片做得非常非常薄，變得可以彎曲。但缺點是不能拉伸，放在軟組織上，還是會傷害到軟組織。

可能二：可以用塑料，但電學性能有限。

不過，我們也可以通過科學的手段，改變塑料的分子結構，使這些柔性材料變成像硅一樣，有好的電子性能，這樣的柔性電子就成為了我加入貝爾實驗室后確定的大方向。

人造皮膚要怎么實現？

這條路是可以走通的，

只是時間問題

當2004年我到斯坦福大學工作的時候，我已經從事柔性電子的研究已經8年時間，這個領域仍然非常空曠，我的成果應用在了顯示屏、集成電路等領域，但我更希望能夠做一項研究，可以觸動每個人的生命。但這個研究是什么，我并沒有很清楚。

做科研總是需要有啟發點，我的啟發點是人的皮膚。

這個啟發點來得非常偶然。在我到斯坦福大學的第二年，機械系在做一個可以像蟑螂一樣爬的機器人，我看到后覺得這真是太酷了，于是跟開發這個機器人的教授談，爬得那樣好的機器人還有沒有未解決的問題。

這位教授說，當“蟑螂”向上爬到墻頂時，墻沒有了，但它的爪子卻感受不到，沒東西抓就掉下來了。他提出了一個機器人領域里很重要的問題，就是缺少一種能讓機器人有感覺的柔軟、很薄的“皮膚”。

這便形成了我們想做的電子材料：有柔性、拉伸性，能夠傳感，這都是人類皮膚所擁有的特性。更有意思的是，皮膚還有生物降解性，并且如果皮膚有劃痕了，它自己還可以把疤痕慢慢去掉，進行自修復。

我想，如果模擬皮膚的這些功能，并全加入電子材料，實現了這個簡單的概念，我們就可以實現開辟一個新的電子工業時代最基本一些元素。而這，也成為了我們進行科學研究的靈感和動力來源。

那么，人造皮膚，需要有哪些最主要的部分呢？

傳感。因為需要像皮膚一樣能夠觸摸和感知。

電子電路。因為這些感受的信號，需要用它轉換成我們大腦所可以理解的信號。

首先，傳感該怎么做到？有以下幾種方式：

可觸摸的傳感器。

目前大部分方式做出來的可觸摸傳感器，要么是硬化的，要么是太厚，要么是不可彎曲，不夠靈敏，有各種問題。

我們的解決方案是把橡膠做成像小金字塔一樣的形狀。這個金字塔的塔尖非常柔軟，你一壓塔尖，就很容易改變形狀，進而改變電容。于是，你就有了觸摸感。

測溫度的傳感器。

這樣的傳感器是用一些導電的小顆粒和一些高分子的材料混合在一起。當加熱的時候，高分子材料就會熱膨脹，改變小顆粒之間的距離，進而改變導電性。

化學和生物傳感器。

想象一下，如果你手上的皮膚可以感知化學分子或者生物分子的話，也許你可以給自己做身體檢查。看到皮膚上有一個痣，顏色不太對，也許你摸一下就可以知道這個是不是癌癥細胞，或者你在觸摸桌子的時候，就可知道這個桌子表面是否有細菌。

有了傳感器，大腦是否可以真正理解這個信號？如果可以，那么這條路就是可以走通的，只是時間問題。

于是，我們做了第一代的人工機械感受器，通過感受壓力產生一系列的電信號。這些信號，大腦是否可以真正理解，我們用老鼠的腦子切片作了實驗。

我們用生物工程的方式，改變了腦子切片某個部位的細胞，是它對光學感受有靈敏性。然后，把電信號輸入到一個光纖里面，測試腦切片對這個光信號是否有反應，進而確認這個腦子是否可以理解我們傳給它的信號。

現在，我們可以證實，用這個人工機械感受器，可以達到像人的皮膚一樣的感受功能，而且可以和大腦聯絡。

有了這個傳感器后，我們開始進行進一步的材料設計：

比如，快速自愈電子聚合物，可以導電也可以自我修復；可伸縮的晶體管，即便彎來彎去，也不會改變它的導電性；還有可生物降解的半導體材料，用這個材料做電子電路如果植入體內，我們可以控制它的分子結構，使得它在一定的時間內慢慢地生物降解。

為滿足個性化需求，人造皮膚也可以是蝴蝶狀。

這些材料的功能，是已有的電子器件所做不到的，所以我覺得，這將開始一個新的可能性。

未來的大趨勢：

“顛覆”智能手機時代

在有了新材料后，我們會想象它的前景。

第一步，先是穿著在身上，智能服裝，然后，下一步是在皮膚表面，最終甚至會植入我們的身體。這是我們認為的一個可能的發展趨勢。

現在是智能手機時代，但它還是一個很硬性的電子器件，包括現在的iWatch、谷歌眼鏡、VR。但在未來，我們就要進入一個新的區域，即彈性電子、人造皮膚時代。

但是未來，可穿戴的科技必須要著重于提升功能，如果沒有增加新功能，就沒有人會去需要它。

所以，我們設想的未來，是這樣的一個系統，在人的體內可能有一些傳感器，即人工皮膚的電子器件，人體就相當于一個網絡中心，與周圍朋友、環境所聯系。想象一下，也許20年后，你的生活可能是這樣的：

早晨，身上的柔性電子皮膚手表讓你醒來，并且告訴你脈搏正常；戴上眼鏡，你可以了解今天的日程表，得知今天下午有一個會議；然后你走出房間，準備叫一個車，抬頭看見，以后的車都是直升飛機，就告訴直升飛機下來接你；你的太太來跟你告別，透過太太身上的柔性電子器件，你可以知道太太心情很好……

我只想通過這個例子讓你看到一個BodyNet（人體網絡）。現在我們已經做出人造皮膚，這樣的未來也不再只在想象當中。

智能手機之前，我們用數碼相機拍照，用MP3聽音樂，用GPS去找路……但當智能手機出來以后，很多已有的傳統工業都被顛覆了。這說明，一個新型科技的發展，如果它找對人的需求的話，它就可以顛覆整個已有的工業。

而對于我們來說，智能手機是現在，將來是BodyNet。作為電子工業下一個發展的大趨勢，基于柔性電子器件的BodyNet是否會顛覆智能手機呢？這是我們希望看到的。

延伸閱讀

關于柔性電子近期可實現的部分案例

柔性觸摸屏

目前的手機屏幕，你觸摸它，它就可以知道你所給予的信息，這是因為有一個透明的導電薄膜在里面。但這個用無機材料所做的薄膜很脆弱，容易裂掉，且導電率也受到一定的限制。

所以將來，要讓手機屏幕變得更大，更透明，就需要新的透明的導電電極。

現在，我的兩個學生已圍繞此項目，創辦了公司C3Nano，總部位于美國加州，客戶主要在韓國和日本，他們做出產品，最終再送到美國。而且現在，公司在中國也已經開始建廠。

儲能電池

現在，我們對儲能設備的需求非常大。但現在的電池，要么太厚，要么太重，要么價錢太高。特斯拉的車之所以這么貴，是因為車的一半價錢是在電池上。

當前所用的電池，是用碳來做電極的，每一個碳原子只能儲藏六分之一個鋰離子，所以它所儲的電量是有限的。但如果把這個碳材料變成硅材料的話，每一個硅原子可以儲存超過四個鋰離子。也就是說，用了硅之后，它的儲能是碳的十倍。

但為什么硅這個材料還沒有真正用在電池上？是因為一個硅要放四個鋰離子，體積就會大大增加，硅就需要膨脹。而當我們使用電池的時候，鋰離子又出去了，硅就收縮。

充電膨脹、放電收縮，而硅又是像玻璃一樣的材料，很容易破裂，進而導致電池不能用了。

但現在，我們前面提到的可以自修復的材料，就可以解決這個問題，充放電幾百次，都不會壞掉。