斯坦福首位華人女院長,「人造皮膚」賦予機器和殘疾人觸覺

csdn 發佈 2020-01-19T19:08:57+00:00

[8] 參考:[1]百度百科 鮑哲南 https://baike.baidu.com/item/%E9%B2%8D%E5%93%B2%E5%8D%97[2]新華日報 「世界傑出女科學家」鮑哲南的鄉情:南京是我起飛的地方https://www.ourjiangsu.com/a/20

作者 | Yingying

來源 | DataGirls(ID:DataGirls)

「我想要大膽做夢, 看看我們能把什麼樣的科幻小說變成現實。

I wanted to dream big, to see what kind of science fiction we can make into a reality.」

這個放膽做夢的南京女孩,名為鮑哲南。

她是現任的史丹福大學化學工程學院院長,第一位在斯坦福當院長的華人女性。[1]

曾獲得影響世界華人大獎,被評為《自然》雜誌年度十大人物。[1]

當選為美國國家工程院院士。[1]

是聯合國教科文組織和法國歐萊雅集團聯合頒發的世界傑出女科學家成就獎獲得者。[1]

至今為止,她發表了400多篇出版物和擁有60多項美國專利。[2]

她開創了許多有機電子材料的設計理念。她開發了以皮膚為靈感的有機電子材料,在醫療設備、能源存儲和環境應用方面產生了前所未有的性能或功能。[2]

成就一生的家庭教育

1970年11月,南京女孩鮑哲南出生了,而在這麼一個書香門第之家,其父母鮑希茂、陳慧蘭分別是南京大學物理系和化學系的教授。

父母對她的影響是巨大的。

她說:「父母總是工作很忙,但他們一定會抽出時間陪伴我和姐姐。」

「一個夏天,父親帶我去玄武湖玩,我當時在吃冰棍,父親問我,冰棍落到水裡是會浮起來還是沉下去?

我想當然回答:肯定會沉下去。父親就鼓勵我自己驗證一下。我把冰棍扔到水裡,看到冰棍分明是浮在水面!

為什麼?父親笑而不答,讓我自己去研究,我後來才搞清楚,原來冰的密度比水小。」 [2]

她說道:「很幸運,父母能夠從小啟發我的科學思維:大膽假設、踏實求證。這終生受益。我現在自己有孩子,更能體會到父母的良苦用心。我也這樣教育我的小孩、激發我的學生的科研熱情。」 [2]

從中國到美國的求學之路

1981年,入讀南京金陵中學。後在1987年,鮑哲南考進了父母任教的南京大學,接受本科階段的化學基礎課程學習。

憑藉著在實驗課上的出色表現,鮑哲南在大二暑期時就進入了薛奇教授的實驗室。而薛教授的實驗室為國家重點實驗室,研究方向是高分子複合材料。[5]

動手實驗的過程,讓鮑哲南燃起了對化學的熱愛。

大三時鮑哲南全家移居美國,她便進入了伊利諾伊大學芝加哥分校學習,後被芝加哥大學破格錄取為研究生。[5]

實力反擊學術欺詐

在芝加哥大學獲得了研究生和博士學位之後。鮑哲南便直接進入了貝爾實驗室的材料研究部。該實驗室享有盛名,專攻電信和計算機。

在那段時間裡,她發明了第一個全塑料電晶體。[3]

也就是在這個時候,同事Jan Schon 發表了一系列的論文,其中有兩篇鮑哲南是合著者。Jan 的論文最終因欺詐而被撤回,她也因此受到牽連,被捲入這場被認為是21世紀最大的學術造假風波,直到後來調查證明她對 Jan 篡改實驗數據的情況並不知情,才得以恢復清白。[3]

她用實力為自己正名,被任為實驗室傑出技術人員,要知道這是貝爾實驗室科技雇員的最高級別。

2004年,她離開了貝爾前往史丹福大學,將目光投向柔性電子產品的工業應用以外的鄰域,如汽車和機器人的計算機顯示器和傳感器。

人造電子皮膚近在咫尺

「一隻蒼蠅或蝴蝶停在臉上,輕微的觸感會讓人類馬上有所察覺。要想讓人造皮膚也擁有這樣的靈敏度,這不是天方夜譚。」

我們的團隊花了將近三年的實驗,研製出了具有超強靈敏度的人造皮膚,它由敏感度極高的電子感器所組成,當感應器連成一片時,就如同『皮膚』。[4]

在鮑哲南看來,這種模擬人類皮膚的柔軟塑料電子傳感器件,有拉伸屬性,可降解,擁有自愈性能,前景非常廣闊,「有望在假肢、機器人、手機和電腦的觸摸式顯示屏、汽車安全和醫療器械等諸多方面獲得廣泛應用。」

有了靈敏的『觸覺』,未來的假肢會更像病人本來的肢體;駕駛的方向盤如果安置了觸覺傳感器,駕駛員很累沒有扶住方向盤的時候,方向盤可以自動感知發出提醒,這樣也能減少交通事故。」 [4]

人造皮膚,有一天它將像我們真正的肌膚一樣,直接與人類大腦交流。她說:「我覺得,如果我們成功了,這個領域將真正造福於人。」

自從來到史丹福大學,她和研究團隊致力於研發新的材料和感知技術。

為了實現這一點,需要設計擁有皮膚物理特性的材料,模擬皮膚的許多不同類型的神經,柔性電路,攜帶電子信號的傳感器和技術,並將這些電子信息轉化為大腦可理解的信號。[6]

所有這些都是困難的。今天的電子材料是硬性的。它們不能彎曲或伸展。即使在製造出柔性電子產品之後,在電子電路和生物神經之間建立接口的挑戰依然存在。

「將一塊合成材料植入人體,並讓它與大腦進行真正的交流,需要在許多不同的領域取得突破。」

她的實驗室有了進展,最新研發的材料可以模擬人類皮膚的壓力感知能力,並產生我們大腦能夠理解的電脈衝。當施加壓力信號時,這些信號可以被發送到電腦上。例如,如果把這種電子皮膚安在假肢上,就可以幫助截肢患者恢復觸覺。

她的團隊正在努力增加其他的感覺和對溫度敏感的能力,使人造皮膚能夠感知人類皮膚所能感覺到的一切。

同時,她也正在與神經外科醫生和神經科學家合作,研究如何建立電子與生物之間的聯繫。儘管這個項目很複雜,但她樂觀地認為,初期的人造皮膚可以在幾年內進行測試。

在實現為義肢製造,類皮膚保護層這一雄心勃勃的目標中,鮑哲南相信她的智能、靈活的電子產品可以創造出前所未有的產品。

她說道:「與人體親密接觸的柔性電子設備,使我們能夠獲取有關健康狀況更準確的信息。比如血壓、血糖水平或與壓力相關的汗液中可能產生的化學物質。」 [6]

她的團隊已經在開發一種類似繃帶的可穿戴式血壓傳感器,可以輕鬆地為心血管疾病患者提供持續監測。[6]

除了這個繃帶模型,鮑還設想將柔性電子元件設計成服裝面料。

與此同時,她正探索使用生物相容性電子產品作為皮下植入物。

她說:「可以把它們想像成你可以在體內佩戴的電子設備。」 [6]

測試中的皮下無線天線電子產品

她的實驗室最近創造了一種新的超彈性聚合物,可以拉伸到原來長度的100倍。[6]

如果被刺穿或撕裂,這些超彈性材料可以自我修復。最重要的是,當這些材料遇到電荷時,它們會跳動或抽搐,這表明它們有可能成為一種新型的人造肌肉。

團隊還在進行許多其他的研究項目,這些項目都是基於他們開發的以皮膚為靈感的材料,其中包括一種可以自我修復的導電材料,這種材料可以極大地改善鋰離子電池的性能,幫助可攜式電子產品和電動汽車延長工作時間。[6]

回歸生活本身

在學術界光環無數的鮑哲南,生活里就像我們中的普通人。

每天,她都會換上運動鞋步行一小時到史丹福大學化學工程系。

如今的鮑哲南是兩個孩子的媽媽。和家人的合影,她擺在辦公桌上陪伴她度過忙碌時光。她說:「儘管很忙,但是堅持每天早晨5點起床為家人做早餐。家庭和工作都很重要,所以一定要平衡好。」 [4]

不忙工作時,她喜歡和家人一起參加戶外活動。「我們幾乎每周末都會去徒步,雖然平衡工作和家庭生活永遠是個挑戰。我很幸運有一個非常支持和理解我的丈夫在這兩個方面協助我。」 [7]

清楚自己要什麼,一直貫穿著她的事業和生活。

小編在此也希望大家能找到自己能為之奮鬥的目標。

最後,我們給出她對希望從事STEM研究女性的建議:

「我總是告訴年輕人,包括年輕女孩,選擇自己熱愛的職業很重要。如果他們選擇一些自己喜歡的東西,一些能激勵他們更加努力工作的東西,他們就能突破自己的極限。然後,他們就能克服面前的任何障礙。」 [8]

參考:

[1]百度百科 鮑哲南 https://baike.baidu.com/item/%E9%B2%8D%E5%93%B2%E5%8D%97

[2]新華日報 「世界傑出女科學家」鮑哲南的鄉情:南京是我起飛的地方

https://www.ourjiangsu.com/a/20170427/1493255200282.shtml

[3]知乎專欄 世界傑出女科學家|曾被無辜被捲入21世紀最大的學術造假風波https://zhuanlan.zhihu.com/p/39440810

[4]南京大學 知名校友鮑哲南 https://bkzs.nju.edu.cn/a1/9a/c4552a303514/page.htm

[5]搜狐 鮑哲南與莊小威, 兩位華裔女科學家的鏡像人生 http://www.sohu.com/a/299380908_558704

[6]Stanford University Zhenan Bao: On a quest to develop artificial skin https://me.stanford.edu/news/zhenan-bao-quest-develop-artificial-skin

[7]Advanced Science News Zhenan Bao: Shaping the Future of Wearable Electronics

https://www.advancedsciencenews.com/zhenan-bao-shaping-the-future-of-wearable-electronics/

[8]https://www.wholeearthprovision.com/blog/zhenan-bao-whole-earth-hero

關鍵字: