人造电子皮肤：假肢使用者重获触觉

一身天鹅绒连衣裙，气质高雅的包振安和其他四位女科学家日前共同获得了2017年世界杰出女科学家奖。

斯坦福大学化学工程系的中国教授鲍振安是人造电子皮肤的发明者。正是因为包振安的发明，假肢使用者可以重新获得触觉。她的研究致力于用导电材料取代传统聚合物，创造出具有人类皮肤触觉功能的电子皮肤。包振安告诉《中国科学报》记者:“这种皮肤的潜在应用即将到来。”

皮肤所需的传感器

包振安向记者展示了一种由她的团队合成的弹性体材料，她说:“我们用它作为聚合物粘合剂和电池电解液。当这种聚合物被放入电池中时，所有储存和运输锂离子的材料都在电池中。这种材料非常坚硬，但如果你用力拉，它就会显示出柔韧性和延展性。”

包振安团队开发的材料也有我的修复功能。她说:“如果我们拉或切它，然后把它放回一起，断裂的化学键可以重新连接起来，修复整个材料。”

她用手机屏幕做了一个类比。手机屏幕是玻璃的，没有自我修复能力。然而，如果我们使用塑料，当然，这种塑料不是完全透明的，但仍然有颜色。当有划痕时，材料可以自行修复，所以我们的手机屏幕不会有划痕。

包振安总结了他的团队开发的材料，这些材料不仅具有高导电性和透明性，而且与以前的透明导电材料相比具有弯曲性、韧性和柔韧性。“因此，我们的材料将来可以用来制作柔性显示器。现在有一些导电材料可以代替玻璃甚至塑料，但是如果它们弯曲了，可能会破裂，我们的材料强度非常高。”她补充道。

"我们一直在柔性电子材料领域寻找激动人心的新机遇."包振安说。早在八九年前，包振安的团队就开始致力于传感器的开发，包括压力传感器和触觉传感器。后来，他们还开发了温度传感器和湿度传感器。“然后突然有一天，一切似乎都走到了一起。我认为这些设备正是我们皮肤需要的传感器。”

来自柔性电子的挑战

硅已经在各种工业中使用了60多年，并为半导体工业的发展做出了巨大贡献。包振安的研发目标不是取代硅，而是寻找新的可能性和机会，创造新的电子产品形式。“这是一个美丽的梦想，但要实现它通常意味着迎接挑战。”她叹了口气。

鲍镇安不想为她的梦想设定一个界限，而是想让她的梦想更进一步。“例如，我们的手有感知和触摸的能力。也许通过我们制造的人造皮肤，我们的手可以“看见”——这是我们现在没有的功能她说，“我们只能用眼睛看东西，或者通过触摸来感觉东西。如果我们制造人造皮肤，也许我们不仅可以通过触摸来感觉事物，甚至可以通过触摸来‘看’事物。”

用户可能会说:“我在电脑或应用程序中写道，这些特征是:我想让它伸展到两倍的长度，我想让它在一个月内退化，我想让它在一分钟内自我修复。然后我们可以开发根据这一特性设计的材料。”这是包振安团队的长期目标。

在不久的将来，包振安人造皮肤的主要应用是假肢，它可以帮助失去肢体的人重新获得触觉。包振安希望他开发的材料可以用于可穿戴的电子设备，完全贴合皮肤。“在某些情况下，我们甚至看不见它，但可穿戴电子设备可以测量我们的身体或健康状况，并提供有关我们活动和健康的信息。”

多年的研究和实践也让包振安发现，在柔性电子材料领域存在许多挑战。包振安希望这些电子设备能够模拟人类皮肤的表现。性能是可拉伸的，自我修复和生物降解的。然而，当前的电子设备由硬材料制成，并且难以实现这些特性。因此，为了制造类似皮肤的电子器件，我们必须首先发明新材料，也就是说，我们必须从分子设计的角度来实现它们

包振安解释道:“我们需要这些材料来感受、感受、触摸和感受周围的温度和不同的环境。因此，我们设计了一个金字塔形的传感器。这种金字塔形传感器具有非常高的灵敏度。如果温度改变，电信号也会改变。”

包振安的团队在开发柔性材料时遇到的最大挑战是通过神经中枢将上述电信号传输到大脑，然后大脑必须能够理解这些电信号，因此这些电信号需要有一定的传输方式和形状。“然后，我们还需要设计一些电子电路，将测试信号转化为大脑能够理解的信号，并在动物大脑中成功演示。”

在包振安看来，人造皮肤的视觉可以让她突破挑战，实现梦想。

改变人类生活的研究

包振安于1990年去了美国。那时，她是中国的一名大三学生。她在美国工作和学习。她感谢了芝加哥大学的一位中国教授，并向她展示了一条光明的道路。"尽管我只有学士学位，教授还是同意我进入芝加哥大学。"

1995年，鲍振安在芝加哥大学获得博士学位后进入贝尔实验室。她的研究领域是柔性电子和软电子。包振安告诉记者:“在贝尔实验室研究了8年后，我希望能做一些能改变人类生活的研究。”

2003年，喜欢和学生一起工作的包振安去了斯坦福大学，选择了柔性电子。用她的话说，“人造皮肤不仅能造福人类，还能极大地拓展柔性电子领域，并可能颠覆整个电子行业的发展前景。所以我选择了这个方向。”

早在鲍振安进入贝尔实验室后，当她与物理学家和电子工程师一起工作时，她就意识到只有与跨学科的工作者一起工作，她才能进行跨越式研究。

包振安指出:“我从事科学研究的目的不是为了获得某个奖项，而是为了达到最高的科学水平，用我的研究成果帮助人类。如果我把这个奖作为我的目标，我很难全心全意地去做研究。”