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美国| 科学家说:用了这位美女科学家的研究成果,Note7还会变成“爆款”吗?


G-Summit全球科学创新峰会上,小编见到了来自斯坦福化学系及材料工程学系教授鲍哲南。鲍哲南教授生于南京,父母分别是物理和化学领域的教授,受学术氛围的熏陶,她自己也走上了科研之路。

身材颀长的鲍哲南教授有着南方女子的优雅大气,但当她用温和平缓的语调介绍自己的研究项目时,小编惊掉下巴:凭借在柔性材料领域里的开创性工作,她和她的研究团队推动了整个材料科学领域的发展。2015年,因柔性人造皮肤开发,鲍哲南教授入选《自然》(Nature)杂志“2015年度对全球科学界产生重大影响的十大人物”。

这些科幻电影中常见的黑科技也都将因她的研究而变成现实

让皮肤成为显示器

《黑镜》中,主人公将前夫在自己的视线和世界中彻底“拉黑”

《机械姬》中,机器人伊娃拥有完美的人类皮肤和触觉体验

在 G-Summit大会期间,鲍哲南教授分享了她的“科研打怪升级故事”。

鲍哲南教授

机械蟑螂带来灵感,突破压力传感的局限

令鲍哲南教授蜚声国际的是她对“人造皮肤” 的研究。而这个研究的灵感则来自她在斯坦福大学的好朋友——电机系教授 Mark R. Cutkosky。Cutkosky教授痴迷于仿生机器人,他在实验室设计出一种蟑螂机器人,可以凭借腿上类似于蟑螂的小勾子飞快地在立面物体上攀爬。但由于这个蟑螂没有触觉,无法感受压力的回馈,所以这种机器人只会一条道走到黑,爬到尽头后无法停留在物体表面,只能坠落。很多机器人的手无法精准拿捏一些柔软易碎的物体也是同样的道理。

鲍哲南教授敏锐的的科学触觉正好捕捉到这个需求:如何能够在蟑螂的手臂上加一个压力传感器呢?当时多数压力传感器以硅为材料,通过空气挤压改变电容。但硅易碎,延展性很差。而用塑胶虽然能保证延展性,可灵敏度很差,无法准确捕捉不同材质和压力传导。

在一步步的推倒过程中,研究方向出现了:创造一种柔软可延展的、极强灵敏度的,可大规模生产的压力传导材料。后来,她的研究小组果然创造了一种新型塑胶,上面有类似金字塔的结构,塔尖部分极细极软,所以很容易改变形状。这个“简约而不简单”的发明,改变了塑胶灵敏度很差的问题,“一个很轻的蝴蝶落在这个传感器上面都可以被感觉到”。鲍教授的小组为这个发明申请了专利,现在被全球很多制作超灵敏压力传感的厂商应用。


Ultra-sensitive touch sensors

不只压力传感,迈向人造皮肤

在压力的传感基础上,鲍哲南教授进而联想到人的皮肤,“人的皮肤不光可以传感压力,在接触到这些压力之后还可以把它变成电信号,通过神经中枢传到大脑去。所以我如果能够把人造的电子器件模拟这样的一个功能,那这个电子器件或许可以用在很多不同的地方。”于是她的研究小组在超灵敏压力传感材料的基础上,加入了印刷电子电路 。简单地讲,“人造皮肤”就是能感知到压力,传导出信号给大脑,从而指导“大脑”对这个压力做出相应的反馈。

“我们用它产生电信号去刺激电脑,第一次证明人造皮肤可以跟大脑去沟通,这是第一次以人造形式和大脑相结合,这样的话我们以后就开辟了一条路。”

以后机器人的机械臂也可以温柔地捏起一颗樱桃了。

自我修复,高延展性的电子材料让人造皮肤作用于人

科学的灵感就是一波涟漪。“如果人造皮肤做得越来越柔软,有拉伸性,有生物降解性,可自我修复,我们慢慢就真的可以修复坏掉的皮肤,因为人造皮肤可以和人的神经中枢结合起来”。在这个思路的启发下,鲍哲南教授的研究小组又开始研发全新的电子材料。

鲍哲南实验室研发的一种前所未有的高分子导电材料,不光导电,还能自我修复。“这个材料切断后两个部分放在一起,一分钟内它的化学键就全部还原了,导电性也全部还原了。”此外,她们研发的另外两种导电材料,还可做成半导体。特点是极高的韧性和延展性。

“一般的导电材料都是很硬的,比如硅片,但这种导电材料即使用针头去刺也不会破,同时还可以保持它的导电性,而且是导电性非常好。如果有裂纹它也可以自己修复。这是一个介电材料。一般的橡皮可以拉伸几倍,而这个可以拉伸一百倍。非常非常柔软,像我们的皮肤一样柔软。

所有这些研究和材料给生物医疗、人工智能、能源问题都带来了非常大的想象空间。

目前鲍哲南教授跟另外两位同事成立了一家叫 PyrAmes的公司,研发“可持续地非入侵式地血压监测产品”。据鲍哲南教授介绍,未来这些材料甚至可以植入到人类柔软的大脑中检测颅内压力,植入心脏可以调节心率,植入神经则可激活神经活动。

这些研究对现在电池容量和安全性的检测升级也有很强的实际意义。鲍哲南教授讲解了他们研发的一种塑料薄膜温度传感器,能够通过感知温度切断和重启供电。想想“爆款”三星Note7,如果将这个非常简单的薄膜放进电池里面,电池过热立刻停止供电,那现在也不会如此“被世界嫌弃”。

鲍哲南教授的研发之路就是一个不断打怪升级,改变世界的过程。小编为能够近距离聆听这些黑科技一步步成为现实的故事而兴奋不已。以后小编的偶像就是这些科学超人啦,他们比电影里的超级英雄更酷一些!

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Published in旅游

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