鮑教授現(xiàn)執(zhí)教于斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 主攻柔性電子材料，2015年被頂級學(xué)術(shù)科研刊物《自然》雜志列為“對全球科學(xué)界產(chǎn)生重大影響的年度十大人物”，2017年聯(lián)合國教科文組織評其為“世界杰出女科學(xué)家”。
鮑教授本月在Nature Electronics雜志最新發(fā)表的科研文章，描述了她在斯坦福實驗室最新的研究成果 - 可穿戴無線皮膚傳感器BodyNet。在高山大學(xué)硅谷站課堂上，鮑教授給同學(xué)們分享了今天，小探就來帶大家了解一下鮑教授實驗室最新發(fā)布的成果，以及全球頂尖實驗室在柔性電子領(lǐng)域的科研前沿。
鮑哲南教授最新科研成果 - BodyNet
鮑教授介紹，BodyNet的形態(tài)非常小，可以像一張小創(chuàng)可貼一樣貼在患者需要觀測的皮膚表面，便于使用。它將首先被用在醫(yī)療方面，如監(jiān)測患有睡眠障礙的患者夜間睡覺質(zhì)量，呼吸心跳肌肉等表現(xiàn);或長期觀測心臟病患者日常生活中的心臟表現(xiàn)。
BodyNet傳感器不需要電池，工作原理類似于ID卡：利用無線射頻識別技術(shù)RFID，從服裝接收器吸收能量，為傳感器供電，然后從皮膚讀取數(shù)據(jù)并發(fā)送回接收器。鮑教授團隊的目標(biāo)是開發(fā)穿著舒適，可以隨著皮膚拉伸或收縮，并且不需要電池或剛性電路的材料。
她的實驗室也在研發(fā)新傳感器檢測皮膚的汗液或其他分泌物，并跟蹤體溫和壓力等變量。她希望創(chuàng)造一系列可以貼在皮膚上的無線傳感器，配合智能設(shè)備共享各種健康指標(biāo)。
文章最開始鮑教授講述的片段，是她和斯坦福大學(xué)Bill Burnett教授一起暢想的未來場景。后者現(xiàn)在任教于機械工程學(xué)院設(shè)計方向，曾領(lǐng)導(dǎo)蘋果產(chǎn)品設(shè)計團隊，著有暢銷作品《做自己的生命設(shè)計師》。
鮑教授提及，有時候科學(xué)家們認(rèn)為自己在實驗室發(fā)明的東西非常好，但市場不一定會接受。所以產(chǎn)品一定要對消費者有用，或是在已有產(chǎn)品的功能上加新功能。
她和Burnett教授暢想，未來電子皮膚的應(yīng)用場景，可以使使用者觸摸東西時不僅有觸覺感受，也可以有即時數(shù)據(jù)分析，比如說知道表面上是否有任何細(xì)菌;或者說對觸摸的歷史有記錄;甚至可以通過用戶手部的抖動，預(yù)測用戶的衰老表現(xiàn)等。能夠使用戶能力提升的應(yīng)用才是市場會接受的應(yīng)用。這也是他們思考將來的開發(fā)思路。
在用戶習(xí)慣調(diào)研方面，Burnett教授特別提及應(yīng)該不僅僅采訪普通用戶，更應(yīng)采訪的是最先有可能應(yīng)用領(lǐng)先技術(shù)，思想最為超前的人。比如美國視頻游戲開發(fā)者Zoe Quinn曾在自己手掌的拇指和食指之間植入了一枚NFC芯片，以探索開發(fā)操控手機和游戲新的可能性。
時代周刊早在2014年9月一篇講述Apple Watch的文章Never Offline就詳細(xì)描述并暢想了未來可穿戴技術(shù)對人類生活的改變。如今科學(xué)技術(shù)正一步一步使人們對未來生活的設(shè)想照進現(xiàn)實。然而目前從實驗室成果轉(zhuǎn)化為實際生活中的每日應(yīng)用的產(chǎn)品，未來有無數(shù)種可能，但仍然有很長的路要走。
柔性電子領(lǐng)域，全球其他科研實驗室的方向和成果如何?
鮑教授介紹，在柔性電子領(lǐng)域全球領(lǐng)先的三個實驗室分別位于：斯坦福大學(xué)、美國西北大學(xué)和東京大學(xué)。雖然大家前進的研究方法不太一樣，但是期望達(dá)到的目標(biāo)都是一致的。巧的是，三個實驗室的科學(xué)家早年都來自貝爾實驗室。貝爾實驗室可謂是柔性電子材料的先行者，2000年就成功制造出當(dāng)時世界上第一個用有機晶體管材料做成的柔性電子紙。
目前研發(fā)電子皮膚材料有兩條大思路：一個是使用目前已知的材料，如硅等小的原件，用工業(yè)的方法切薄，加上傳感器，再搭配可拉伸的導(dǎo)線，這樣可以達(dá)到類似皮膚拉伸的目的;另一種如鮑教授團隊，研發(fā)現(xiàn)在還沒有的材料，研發(fā)更加和皮膚類似的新電子材料設(shè)計。
東京大學(xué)Takao Someya教授致力于研發(fā)可以傳達(dá)人體內(nèi)部情況的電子皮膚。這個電子皮膚可以給外科醫(yī)生提供體征數(shù)據(jù)，當(dāng)身體將生病時提供警報，甚至可以通過觸覺來診斷另一個人體內(nèi)的疾病。
Someya團隊已經(jīng)成功研發(fā)了可用于測試含氧量的電子皮膚。通過點亮紅色，綠色或藍(lán)色的微電子元件清晰地顯示讀數(shù)。超薄電子皮膚貼在手上可以變成數(shù)字顯示屏顯示信息。Someya希望未來這些電子皮膚能應(yīng)用于監(jiān)測手術(shù)過程中相關(guān)器官的含氧量水平。
另一位學(xué)術(shù)大牛美國西北大學(xué)John Rogers教授的電子皮膚也已經(jīng)嘗試在各個方面應(yīng)用。除了在醫(yī)療方面鉆研汗液成分、溫度、壓力等健康信息，Rogers教授在假肢佩戴感知方面也頗有建樹。
(John Rogers教授和他帶領(lǐng)研發(fā)的電子皮膚，可以在身體的任何地方佩戴。版權(quán)屬于原作者)(John Rogers教授和他帶領(lǐng)研發(fā)的電子皮膚，可以在身體的任何地方佩戴。版權(quán)屬于原作者)
Rogers教授的電子皮膚已有的商業(yè)合作項目非常有趣，比如說使用皮膚紋身監(jiān)測陽光中UV值。以及最近和某化妝品品牌達(dá)成的合作，使用比創(chuàng)可貼更小的電子皮膚給客戶測試皮膚的pH值、含水量等信息，再根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果推薦化妝品。
鮑教授在課堂上多次提到，做研究的時候不能只停留在實驗室，而是要在現(xiàn)實生活中和不同的學(xué)科相結(jié)合起來，才會對人類有幫助有價值。斯坦福大學(xué)可穿戴設(shè)備研究中心積極將化學(xué)科學(xué)和其他學(xué)科的研究深入聯(lián)合起來，比如說醫(yī)學(xué)院、商學(xué)院等。
那么，電子皮膚數(shù)據(jù)收集以后可以應(yīng)用在醫(yī)療或商業(yè)的哪些方面?可穿戴傳感器、電子皮膚是否可以應(yīng)用在其他場景呢?
支持殘疾人操作假肢?？纱┐髟O(shè)備可以和腦科學(xué)、神經(jīng)刺激結(jié)合起來，比如使用傳感器傳達(dá)殘疾人腦部電信號以真正感觸并控制假肢運動。目前實驗室中已成功使小老鼠通過電信號傳遞進行踢球。
(伊利諾伊大學(xué)今年在Nature Biomedical Engineering發(fā)表的新研究，版權(quán)屬于原作者)(伊利諾伊大學(xué)今年在Nature Biomedical Engineering發(fā)表的新研究，版權(quán)屬于原作者)
預(yù)測腦中風(fēng)。病人脖子通向大腦的血管如果堵塞，就會引起腦中風(fēng)?？梢詫鞲衅靼卜旁趧用}，植入皮下測量血管的伸張收縮性。如果信號開始變化，那么血管有堵塞的可能。提前預(yù)測可能減低死亡率，提高病人生存率。
監(jiān)測腦部腫瘤。醫(yī)生在開顱手術(shù)完成時，可以在顱內(nèi)放入可生物降解的傳感器以監(jiān)測病人的顱壓。病人自己可以通過設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)觀測自己腦壓是否有變化，是否有復(fù)發(fā)的跡象，以提早就醫(yī)。
除了以上醫(yī)療領(lǐng)域有可能應(yīng)用的場景，未來電子皮膚等器件可以不僅放在人體表面或是機器人表面，更可以放在建筑物、飛機等大型器械基建表面以監(jiān)測數(shù)據(jù)。
甚至在增強虛擬現(xiàn)實方面，VR目前對于用戶來說目前只有視覺的感受。而未來通過用戶可以通過可穿戴設(shè)備傳達(dá)電信號，真正感受到虛擬世界的真實。
目前，可穿戴電子中心和產(chǎn)業(yè)界、工業(yè)界都有不少合作。比如斯坦福教育學(xué)院已經(jīng)在研究如何從生理數(shù)據(jù)研究兒童學(xué)習(xí)方式的學(xué)習(xí)效果，而不僅僅是從成績。通過傳感器可以監(jiān)測兒童學(xué)習(xí)時的腦電波、心率、甚至汗液的成分來檢測注意力是否集中，或者哪種提問的方式可以使學(xué)生更有興趣，大腦更加活躍。
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