iCANX Talks 學術報告︱鮑哲南教授·電子皮膚:改變電子領域的未來

2020-12-01 騰訊網

// iCANX Talks Vol.16

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iCANX

大家好，7月31日 iCANX Talks 有幸請到了史丹福大學（Stanford University）鮑哲南教授為我們作線上報告，鮑哲南教授介紹了可拉伸可自愈電子皮膚的研發，以及電子皮膚在可植入醫療設備、機器人傳感器和可穿戴電子設備等領域的應用空間。會後iCANX Talks學術報告小組的加州大學洛杉磯分校（UCLA）博士研究生趙傳真和電子科技大學碩士研究生崔進京總結了講座的主要內容，並對講座的問答(Q&A) 環節進行了翻譯與歸納。本文共計10000餘字，圖文並茂，通俗易懂，相關內容對了解有機電子器件、可穿戴電子皮膚和可植入設備領域有一定的幫助。本文的收費將全部作為撰寫本技術報告的兩位撰稿人的稿費，感謝大家的寶貴支持，相信有了您的支持和鼓勵，iCANX Talks的學術報告會更加精彩。

鮑哲南教授·電子皮膚：改變電子領域的未來

——趙傳真/加州大學洛杉磯分校（UCLA）博士生，崔進京/電子科技大學碩士生

前言

7月31日 iCANX Talks 有幸請到了史丹福大學（Stanford University）鮑哲南教授為我們作線上報告。

鮑哲南教授，史丹福大學化工系主任及K.K. Lee教授，同時兼任史丹福大學化學系和材料科學與工程系的客座教授。她於2016年創立了史丹福大學可穿戴電子研究中心（eWEAR）並擔任其主任。

鮑哲南於1995年在美國芝加哥大學獲得化學博士學位，之後加入貝爾實驗室，於2004年起任教於史丹福大學。她發表重要科研論文500餘篇，擁有65項授權的美國發明專利，谷歌學術H指數超過160。她率先提出了多種用於有機電子材料的分子設計概念，並實現了柔性電子電路和顯示器。在過去的十年中，她開創了以皮膚為靈感的有機電子材料領域，並且發展了它們在醫療設備、能量存儲和環境處理等領域的應用。

鮑哲南是美國國家工程院院士和美國國家發明院院士。基於她對人造電子皮膚領域的傑出貢獻，她被《Nature》雜誌評選為2015年度十大重要人物之一。她獲得了2020年首屆ACS Central Science顛覆者和創新者獎，ACS 2020吉布斯獎章，2018年奧地利聯邦科學大臣頒發的威廉·埃斯內獎章，2017年應用聚合物科學的ACS獎，歐萊雅-聯合國教科文組織2017年度自然科學女性科學獎，以及2014年美國化學工程師學會頒布的Andreas Acrivos進步獎。

鮑哲南教授在iCANX Talks的講座信息

鮑哲南教授首先分享了電子皮膚的發明以及可穿戴可植入器件的發展。2017年，鮑哲南教授提出了人體傳感網絡（BodyNET）的概念，她和她的團隊認為可拉伸的器件網絡，包括可拉伸的傳感器、電路和電池會改變人們和電子器件交互的方式，也會因此改變人和人之間交互的方式。隨著電子器件的發展，人類社會已經從笨重的臺式機時代發展至今天的便攜手機等移動終端時代。隨著可拉伸材料和可穿戴器件的進一步發展，鮑教授預言人類會從這些較硬的體外設備轉入柔性電子設備時代（elastronics region）。隨著技術發展，人體傳感網絡會從增強型可穿戴眼鏡，到智能衣物，再進一步發展到貼在皮膚的柔性可穿戴器件以及可植入腦中的行動裝置，從而電子器件最終會和人融為一體。電子皮膚的發明和發展為人類提供了全新且更緊密的交互界面，人和周圍的環境，人和人，人和物以及物和物之間都會通過電子設備緊密聯繫起來。

圖 1. 電子皮膚的近期進展和應用

（Yang, Mun, Kwon, Park, Bao, and Park, Adv. Mater. 2019, 1904765）

鮑哲南教授指出，電子皮膚的概念可以追溯到上世紀七十年代。人們在各種科幻片中已經提出這種概念和願景，其中就包括大家熟知的終結者和星球大戰系列電影。早期電子皮膚的想法來源於傳感器在義肢上的應用，而當時由於很多電子器件技術尚未發展成熟，例如可觸摸顯示屏等，使得電子皮膚的發展受到極大限制。直到2005年左右開始，隨著電子器件和材料的進一步發展，很多課題組開始關注柔性可穿戴器件。在2010年之後，大量課題組開始投入到這個領域的研發，目前已經報導了大量先進的可穿戴電子器件。

基於此背景，鮑哲南教授在本次學術講座中，主要從四個方面介紹和展示了其課題組在電子皮膚方面的研究工作：

觸覺感知傳感器以及仿生信號傳輸 （E-skin sensor and signal processing）

「電子皮膚」聚合物材料系統 （Bio-inspired electronic materials）

生物組織-電子器件界面 （Tissue-electronics interface）

人體傳感網絡總結與展望 （BodyNET and outlook）

相關焦點

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  • 史丹福大學鮑哲南教授:人造電子皮膚不是夢,未來再無智能機
    鮑哲南，史丹福大學K.K. Lee 化學工程學教授、化學教授和材料科學與工程教授，史丹福大學可穿戴電子中心創始人、主任和未來科學大獎科學委員會委員。在2004年加入史丹福大學之前，她是1995-2004年朗訊科技貝爾實驗室傑出技術人員。
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  • 史丹福大學鮑哲南教授:人造皮膚將改變我們的生活
    化學家、史丹福大學化學工程系系主任鮑哲南教授帶來了關於 「人造皮膚」 的設想。「我們將會用像人造皮膚一樣的電子器件，讓人和人之間溝通。」 這位被譽為人造皮膚領域的 「材料大師」 說道。在她看來，這並不是一個遙不可及的夢想，因為過去電子工業的發展已經證明了材料革新的可能性：25 年以前，可摺疊的屏幕是鮑哲南的夢想。
  • 鮑哲南：突破電子皮膚三個關鍵問題，未來讓皮膚實現手機的功能
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  • 連發2篇《Science》,柔性電子女神,鮑哲南院士2020年成果集錦
    鮑哲南教授的研究領域包括功能有機高分子材料的合成、有機電子器件的設計與製造、有機電子器件的應用開發等。這些研究方向具有多學科交叉性，涉及的概念和專業知識包括化學，化學工程，生物醫學工程，材料科學和工程，物理，和電氣工程等。目前課題組感興趣的器件包括有機/碳納米管薄膜電晶體、有機光伏電池、化學/生物傳感器和分子開關等。
  • 斯坦福教授鮑哲南:人造皮膚能把手機貼在身上
    鮑哲南被譽為人造皮膚領域的「材料大師」，她帶來了關於「電子皮膚」的大膽設想。「我們將用如人的皮膚一樣的電子器件，讓人和人之間溝通，人與環境之間交流。」鮑哲南：人造皮膚的概念等於一個電子器件，它可以向人的皮膚一樣感知、測試，可以讓我們知道感覺。所以想像在未來的世界，當我們真的可以用電子皮膚感受到周圍或感受到這個人的時候，我們就有可能測出這個人的情緒是怎麼樣的。我希望我的家人知道我現在是開心還是沮喪，如果我想讓我的家人知道，他們不需要聽我講話就可以感受到。
  • 史丹福大學鮑哲南教授與「人造皮膚」 科學的柔韌力量
    按照鮑哲南的說法，研發柔性電極並將其用於人造皮膚研發，有三個坎要過。「我們現在的電子器件都是用硬性材料做的，在測量中樞神經電流、心臟電流時，植入大腦或心臟的電極可能損壞神經或心臟組織。跟神經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。
  • 史丹福大學華人教授研發柔性電子材料,軟似皮膚並且可拉伸
    美國史丹福大學華人教授鮑哲南領導的研究團隊在開發出一種導電性和拉伸性俱佳的高分子材料。美國史丹福大學的一位華人教授鮑哲南帶領他的團隊長期以來致力於研究柔性電子，現在他們的成果已經赫然佇立。鮑哲南教授表示，現有包括電極和材料在內的電子器件都是硬的。它們在測量中樞神經電流、心臟電流時，那些植入大腦或心臟的電極可能會損壞人體神經或心臟組織。因此，跟神經接觸的電極必須像皮膚一樣柔軟才能減小對人體的傷害，這是柔性電子應用需要解決的重要問題。
  • 讓人造皮膚更智能的「女魔術師」——華人科學家鮑哲南
    新華社北京３月８日電（天下人物）讓人造皮膚更智能的「女魔術師」——華人科學家鮑哲南新華社記者楊駿　張曼新一期英國《自然》雜誌發表報告說，美國史丹福大學華人女教授鮑哲南團隊在柔性電子領域實現了製造工藝的飛躍，使得人造皮膚的感應和計算能力更強，智能性更高。
  • 本科沒畢業成大學院長,深陷學術造假醜聞,鮑哲南憑何重回巔峰?
    不過，這裡說到的保持美麗皮膚可不是那個意思，而是指鮑哲南和她的小組在人工電子皮膚研究上所作出的重大貢獻。人工電子皮膚的應用範圍非常廣泛，可以在假肢、機器人、醫療器械以及汽車安全等多方面用到。諸如像一般的假肢，僅僅作為一個替代品，並不能使人們做到控制自如。而人工電子皮膚的出現，通過的電子傳感器，可以使得殘疾者自如地控制假肢活動，就像之前完整的肢體一般。