13年前，在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的鮑哲南放棄了巨薪的誘惑和更優(yōu)渥的待遇，一頭扎進(jìn)了斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系，帶著一群學(xué)生編織起了一個關(guān)于“人造皮膚”的夢想。在最新一期美國《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，由鮑哲南領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了相關(guān)的研究成果報(bào)告。

 

　　科幻電影中才會出現(xiàn)的人造皮膚，或許很快就會成為現(xiàn)實(shí)。作為主要發(fā)明者，鮑哲南從幕后走到前臺。繼2015年被權(quán)威科研期刊《自然》雜志評為年度十大科學(xué)人物之后，今年3月，鮑哲南獲得第19屆歐萊雅-聯(lián)合國教科文組織“世界杰出女科學(xué)家成就獎”。站在一群杰出女科學(xué)家中間，鮑哲南顯得纖細(xì)嬌小，但她的發(fā)明卻被業(yè)界公認(rèn)為很可能顛覆現(xiàn)有的電子工業(yè)發(fā)展的格局。

　　第19屆歐萊雅-聯(lián)合國教科文組織“世界杰出女科學(xué)家成就獎”授予五位杰出女科學(xué)家第19屆歐萊雅-聯(lián)合國教科文組織“世界杰出女科學(xué)家成就獎”授予五位杰出女科學(xué)家

 

　　接受第一財(cái)經(jīng)郵件專訪時，鮑哲南透露：“我們下一步的計(jì)劃，要去驗(yàn)證這種材料是否能夠植入生物肌體，是否會對肌體造成損害和傷害。”在以男性為主導(dǎo)的頂尖科學(xué)領(lǐng)域，鮑哲南猶如她發(fā)明的柔性電極，釋放著巨大的柔韌力量。

 

　　按照鮑哲南的說法，研發(fā)柔性電極并將其用于人造皮膚研發(fā)，有三個坎要過。“我們現(xiàn)在的電子器件都是用硬性材料做的，在測量中樞神經(jīng)電流、心臟電流時，植入大腦或心臟的電極可能損壞神經(jīng)或心臟組織。跟神經(jīng)接觸的電極必須像皮膚一樣柔軟，但這種材料之前不存在。所以，我們做的一件事情就是把這種柔性材料做出來。”根據(jù)《科學(xué)進(jìn)展》的報(bào)告，鮑哲南團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)選中了一種具有生物相容性，又有很強(qiáng)導(dǎo)電性的塑料。鮑哲南解釋說：“之所以選擇這種材料，是為保證電極與人體接觸時的安全性。”但這種塑料比較脆弱，很容易碎裂，完全不適合作為可穿戴電子器件的載體。

 

　　為了增強(qiáng)這種塑料的韌性和承載能力，鮑哲南和她的團(tuán)隊(duì)嘗試用一種類似肥皂表面活性劑的分子作為添加劑對材料進(jìn)行了改良，徹底改變了塑料分子之間的作用力。“由分子形成的小顆粒狀形貌在添加劑的作用下變成了漁網(wǎng)狀形貌。漁網(wǎng)狀形貌具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而使原本脆弱的高分子材料變得有韌性，而且極易拉伸。”經(jīng)過測試，改良后的新材料拉伸到原長度的兩倍，仍能保持良好的導(dǎo)電率。

 

　　第二個坎就是讓材料擁有人類的觸覺和感知力。“為了解決觸覺問題，我們特別設(shè)計(jì)了像金字塔一樣的形狀的傳感器，這種傳感器比人類的頭發(fā)細(xì)100倍。附在柔性的材料上，它們?nèi)跃哂泻軓?qiáng)的敏感度。”在解決感知力的問題上，鮑哲南團(tuán)隊(duì)找尋到了一些電子電路材料，一旦溫度或者環(huán)境因素發(fā)生變化，這些電信號就會發(fā)生改變。

 

　　“最后一個挑戰(zhàn)是，讓傳感器和電信號的信息及時通過神經(jīng)中樞傳輸?shù)酱竽X，而大腦也必須理解這些電信號是什么含義。”按照鮑哲南的解釋，這就決定了電信號必須以一定的傳輸方式和一定的形狀和大腦“接觸”。“所以我們必須設(shè)計(jì)電子電路，讓它們最終變成大腦可以可以理解的信號。”柔性電極已經(jīng)進(jìn)入了動物大腦感知驗(yàn)證階段。

 

　　盡管柔性電極材料可供人類使用的電子皮膚還需時日，但它已經(jīng)開始發(fā)揮現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價值。鮑哲南舉例說，柔性電極中的觸覺傳感器可以被用來測試脈搏的跳動，將其變成血壓的信息。而其溫度傳感器，則可以擔(dān)當(dāng)鋰電池充電時的高溫保護(hù)裝置，一旦出現(xiàn)過熱、超熱，溫度傳感器會自動檢測并及時切斷電源，這種材料的自我修復(fù)功能甚至可以讓電動汽車的鋰電池更加穩(wěn)定。

 

　　柔性電極是鮑哲南多年來在化學(xué)工程領(lǐng)域耕耘的結(jié)果。跟隨華裔高分子化學(xué)家于魯平，鮑哲南接觸到了學(xué)科交叉領(lǐng)域最前沿的研究。“這種感受就像一扇新奇無比的科學(xué)之門在你面前徐徐打開。”此時，鮑哲南對化學(xué)已經(jīng)有了另一層領(lǐng)悟。“當(dāng)更深入地走進(jìn)科學(xué)的世界，你會發(fā)現(xiàn)，去理解這些公式、理解這些數(shù)據(jù)是非常必要的。當(dāng)我意識到了這一點(diǎn)后，數(shù)據(jù)和公式在我眼中不再顯得那么枯燥和抽象，因?yàn)?，它們是解決具體的問題的方式之一。”

 

　　“暴走英雄”的夢想

 

　　鮑哲南的科研之路走得順風(fēng)順?biāo)?。博士畢業(yè)之后直接進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室，和物理學(xué)家、電子工程學(xué)家一起工作?？鐚W(xué)科的科學(xué)家們不斷擦出火花。“我們當(dāng)時根本沒有料想到她能夠獲得那么大的成就，“在接受媒體采訪時，鮑哲南的母親說，女兒總是出乎他們的意料。”移民到美國之后，身邊的朋友就問我，“你們?yōu)槭裁唇o孩子這么大的壓力，逼著她一直往前走？其實(shí)，我們哪有給她什么壓力，那些壓力都是她自己帶給自己的。”“在化學(xué)工程領(lǐng)域，鮑哲南是一塊金字招牌，很多科研基金和經(jīng)費(fèi)都是沖著她的研究而來的。”鮑哲南的合作伙伴對她的能力給予了極高的評價。幾家科技企業(yè)旗下的科研基金已經(jīng)為鮑哲南的研發(fā)項(xiàng)目投入了數(shù)百萬美元。

 

　　鮑哲南也有過挫折。她在熱門的超導(dǎo)體﹑分子電子學(xué)和分子晶體科研領(lǐng)域與德國科學(xué)家舍恩等人合作過。2002年，舍恩在《自然》、《科學(xué)》等權(quán)威雜志發(fā)表論文，宣布他們制造出了世界上最小的納米晶體管，這一成果一度被認(rèn)為具備了沖刺諾貝爾獎的實(shí)力。然而，論文的可信度引發(fā)了科研領(lǐng)域的諸多非議，針對鮑哲南的猜測和謠言隨之而來。不久之后，審查委員會指派專家小組對舍恩的研究項(xiàng)目開展了全面調(diào)查，最終，審查委員會在結(jié)論報(bào)告中對事情有了定性：“舍恩確系造假，而其他20多名參與研究的科學(xué)家與舍恩造假案無關(guān)。包括鮑哲南在內(nèi)的其他研究人員并不知情，并沒有任何責(zé)任和過失，均被證實(shí)了清白。”

 

　　“我從來不認(rèn)為自己是天才或者天賦異稟的那種人，我能做到的就是堅(jiān)持不懈和保持樂觀。”鮑哲南坦言，科研很多時候需要科學(xué)思維加“笨辦法”。在這一點(diǎn)上，曾在南京大學(xué)物理學(xué)系擔(dān)任教授的父親對她影響非常大。“小時候，父親在散步的時候突然會問我，冰在落到水上會浮起來還是沉下去，我想當(dāng)然地回答，因?yàn)槭枪腆w它會沉下去。父親就鼓勵我做個小實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證自己的想法，結(jié)果，我看到冰分明浮在水上，這才搞清楚，原來冰的密度比水小。”

 

　　曾經(jīng)的懵懂少女已經(jīng)成為擁有改變世界和人類未來生活的女科學(xué)家。鮑哲南想要改變的不只是未來，還有當(dāng)下。鮑哲南每天堅(jiān)持行走一個小時上下班，這在以車代步的美國很少見，她因此被評為斯坦福大學(xué)的“暴走英雄”，頭像被印在宣傳海報(bào)上。“來回走一個小時，既鍛煉身體，又可以聽聽新聞、打打電話，我非常喜歡這種生活方式，所以鼓勵身邊的人也這么做。”