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  如果說摩爾定律幾乎已達(dá)到物理極限，那么未來的電子工業(yè)出路會(huì)在哪里?我認(rèn)為，新的材料、新的器件將會(huì)開辟一個(gè)全新電子工業(yè)的基本元素。

  人造皮膚——這個(gè)可以在電子工業(yè)中開啟全新領(lǐng)域的材料，到底如何產(chǎn)生，又將會(huì)為工業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來怎樣的轉(zhuǎn)變。

未來電子工業(yè)：

不一定很硬，也可以柔軟

  我們都知道，電子工業(yè)的開端是貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管。博士畢業(yè)后，我曾在那里工作了八年，也在那里確定了我研究的大方向。

  在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生的13個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)中，晶體管是第一個(gè)。

  晶體管之所以能蓬勃發(fā)展，有一個(gè)重要的關(guān)鍵點(diǎn)，就是發(fā)現(xiàn)了可以用便宜的材料——“硅”，來做晶體管。要知道，晶體管最開始做出來的時(shí)候，所用的材料并不是可以生產(chǎn)的材料。

  后來，英特爾又發(fā)現(xiàn)了怎么樣可以把晶體管集成，做在一片襯底上。也就是說，一個(gè)很大的電子器件，可以把它做得非常小，全是薄膜型，做在一片襯底上；在同樣一個(gè)襯底上放得晶體管約多，賣的小芯片越多，賺得錢就越多。

  于是，英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）提出了電子工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域重要的經(jīng)濟(jì)規(guī)律——摩爾定律，即當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。。

  直到現(xiàn)在，芯片可以做到7納米，比我們的頭發(fā)還要細(xì)（備注：人類頭發(fā)一般在100微米以內(nèi)），如果再縮小，就是原子級(jí)了，幾乎已達(dá)到物理極限。那么，未來，電子工業(yè)還有什么出路？

  其實(shí)，除了越來越小之外，電子工業(yè)還有另外一個(gè)很重要的發(fā)展趨勢(shì)，就是可以把電子產(chǎn)品做成更加多樣化、多形化。

  比如說，這些電子的器件產(chǎn)品或者傳感器，并不一定要很硬的，也可以很柔軟。我們可以想像，可以把它放在心臟上，檢測(cè)心臟的電流，或者做可彎曲的屏幕。

  所以，如果要讓電子工業(yè)有一個(gè)新的突破的話，我們所用的電子材料完全要變掉。因?yàn)楝F(xiàn)在的電子材料都是硬的，硅就像玻璃一樣，容易碎。

  如果要穿在身上，要折疊，要放在器官上面的話，這些電子器件要能夠有很好的電子功能，而且還要跟著我們身體一起移動(dòng)，否則就會(huì)很不舒服。

  這些來自工業(yè)發(fā)展的需求就形成了我研究的大目標(biāo)：用新的材料、新的器件，讓電子工業(yè)有新的發(fā)展可能性。

  那么，我們需要的這種新材料，有什么可能的實(shí)現(xiàn)方式呢？

• 可能一：可以把硅片做得非常非常薄，變得可以彎曲。但缺點(diǎn)是不能拉伸，放在軟組織上，還是會(huì)傷害到軟組織。

• 可能二：可以用塑料，但電學(xué)性能有限。

  不過，我們也可以通過科學(xué)的手段，改變塑料的分子結(jié)構(gòu)，使這些柔性材料變成像硅一樣，有好的電子性能，這樣的柔性電子就成為了我加入貝爾實(shí)驗(yàn)室后確定的大方向。

人造皮膚要怎么實(shí)現(xiàn)？

這條路是可以走通的，

只是時(shí)間問題

  當(dāng)2004年我到斯坦福大學(xué)工作的時(shí)候，我已經(jīng)從事柔性電子的研究已經(jīng)8年時(shí)間，這個(gè)領(lǐng)域仍然非常空曠，我的成果應(yīng)用在了顯示屏、集成電路等領(lǐng)域，但我更希望能夠做一項(xiàng)研究，可以觸動(dòng)每個(gè)人的生命。但這個(gè)研究是什么，我并沒有很清楚。

  做科研總是需要有啟發(fā)點(diǎn)，我的啟發(fā)點(diǎn)是人的皮膚。

  這個(gè)啟發(fā)點(diǎn)來得非常偶然。在我到斯坦福大學(xué)的第二年，機(jī)械系在做一個(gè)可以像蟑螂一樣爬的機(jī)器人，我看到后覺得這真是太酷了，于是跟開發(fā)這個(gè)機(jī)器人的教授談，爬得那樣好的機(jī)器人還有沒有未解決的問題。

  這位教授說，當(dāng)“蟑螂”向上爬到墻頂時(shí)，墻沒有了，但它的爪子卻感受不到，沒東西抓就掉下來了。他提出了一個(gè)機(jī)器人領(lǐng)域里很重要的問題，就是缺少一種能讓機(jī)器人有感覺的柔軟、很薄的“皮膚”。

  這便形成了我們想做的電子材料：有柔性、拉伸性，能夠傳感，這都是人類皮膚所擁有的特性。更有意思的是，皮膚還有生物降解性，并且如果皮膚有劃痕了，它自己還可以把疤痕慢慢去掉，進(jìn)行自修復(fù)。

  我想，如果模擬皮膚的這些功能，并全加入電子材料，實(shí)現(xiàn)了這個(gè)簡(jiǎn)單的概念，我們就可以實(shí)現(xiàn)開辟一個(gè)新的電子工業(yè)時(shí)代最基本一些元素。而這，也成為了我們進(jìn)行科學(xué)研究的靈感和動(dòng)力來源。

  那么，人造皮膚，需要有哪些最主要的部分呢？

  傳感。因?yàn)樾枰衿つw一樣能夠觸摸和感知。

  電子電路。因?yàn)檫@些感受的信號(hào)，需要用它轉(zhuǎn)換成我們大腦所可以理解的信號(hào)。

  首先，傳感該怎么做到？有以下幾種方式：

• 可觸摸的傳感器。

  目前大部分方式做出來的可觸摸傳感器，要么是硬化的，要么是太厚，要么是不可彎曲，不夠靈敏，有各種問題。

我們的解決方案是把橡膠做成像小金字塔一樣的形狀。這個(gè)金字塔的塔尖非常柔軟，你一壓塔尖，就很容易改變形狀，進(jìn)而改變電容。于是，你就有了觸摸感。

• 測(cè)溫度的傳感器。

  這樣的傳感器是用一些導(dǎo)電的小顆粒和一些高分子的材料混合在一起。當(dāng)加熱的時(shí)候，高分子材料就會(huì)熱膨脹，改變小顆粒之間的距離，進(jìn)而改變導(dǎo)電性。

• 化學(xué)和生物傳感器。

  想象一下，如果你手上的皮膚可以感知化學(xué)分子或者生物分子的話，也許你可以給自己做身體檢查。看到皮膚上有一個(gè)痣，顏色不太對(duì)，也許你摸一下就可以知道這個(gè)是不是癌癥細(xì)胞，或者你在觸摸桌子的時(shí)候，就可知道這個(gè)桌子表面是否有細(xì)菌。

有了傳感器，大腦是否可以真正理解這個(gè)信號(hào)？如果可以，那么這條路就是可以走通的，只是時(shí)間問題。

  于是，我們做了第一代的人工機(jī)械感受器，通過感受壓力產(chǎn)生一系列的電信號(hào)。這些信號(hào)，大腦是否可以真正理解，我們用老鼠的腦子切片作了實(shí)驗(yàn)。

  我們用生物工程的方式，改變了腦子切片某個(gè)部位的細(xì)胞，是它對(duì)光學(xué)感受有靈敏性。然后，把電信號(hào)輸入到一個(gè)光纖里面，測(cè)試腦切片對(duì)這個(gè)光信號(hào)是否有反應(yīng)，進(jìn)而確認(rèn)這個(gè)腦子是否可以理解我們傳給它的信號(hào)。

  現(xiàn)在，我們可以證實(shí)，用這個(gè)人工機(jī)械感受器，可以達(dá)到像人的皮膚一樣的感受功能，而且可以和大腦聯(lián)絡(luò)。

  有了這個(gè)傳感器后，我們開始進(jìn)行進(jìn)一步的材料設(shè)計(jì)：

  比如，快速自愈電子聚合物，可以導(dǎo)電也可以自我修復(fù)；可伸縮的晶體管，即便彎來彎去，也不會(huì)改變它的導(dǎo)電性；還有可生物降解的半導(dǎo)體材料，用這個(gè)材料做電子電路如果植入體內(nèi)，我們可以控制它的分子結(jié)構(gòu)，使得它在一定的時(shí)間內(nèi)慢慢地生物降解。

  為滿足個(gè)性化需求，人造皮膚也可以是蝴蝶狀。

  這些材料的功能，是已有的電子器件所做不到的，所以我覺得，這將開始一個(gè)新的可能性。

未來的大趨勢(shì)：

“顛覆”智能手機(jī)時(shí)代

在有了新材料后，我們會(huì)想象它的前景。

  第一步，先是穿著在身上，智能服裝，然后，下一步是在皮膚表面，最終甚至?xí)踩胛覀兊纳眢w。這是我們認(rèn)為的一個(gè)可能的發(fā)展趨勢(shì)。

  現(xiàn)在是智能手機(jī)時(shí)代，但它還是一個(gè)很硬性的電子器件，包括現(xiàn)在的iWatch、谷歌眼鏡、VR。但在未來，我們就要進(jìn)入一個(gè)新的區(qū)域，即彈性電子、人造皮膚時(shí)代。

  但是未來，可穿戴的科技必須要著重于提升功能，如果沒有增加新功能，就沒有人會(huì)去需要它。

  所以，我們?cè)O(shè)想的未來，是這樣的一個(gè)系統(tǒng)，在人的體內(nèi)可能有一些傳感器，即人工皮膚的電子器件，人體就相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心，與周圍朋友、環(huán)境所聯(lián)系。想象一下，也許20年后，你的生活可能是這樣的：

  早晨，身上的柔性電子皮膚手表讓你醒來，并且告訴你脈搏正常；戴上眼鏡，你可以了解今天的日程表，得知今天下午有一個(gè)會(huì)議；然后你走出房間，準(zhǔn)備叫一個(gè)車，抬頭看見，以后的車都是直升飛機(jī)，就告訴直升飛機(jī)下來接你；你的太太來跟你告別，透過太太身上的柔性電子器件，你可以知道太太心情很好……

  我只想通過這個(gè)例子讓你看到一個(gè)BodyNet（人體網(wǎng)絡(luò)）。現(xiàn)在我們已經(jīng)做出人造皮膚，這樣的未來也不再只在想象當(dāng)中。

  智能手機(jī)之前，我們用數(shù)碼相機(jī)拍照，用MP3聽音樂，用GPS去找路……但當(dāng)智能手機(jī)出來以后，很多已有的傳統(tǒng)工業(yè)都被顛覆了。這說明，一個(gè)新型科技的發(fā)展，如果它找對(duì)人的需求的話，它就可以顛覆整個(gè)已有的工業(yè)。

  而對(duì)于我們來說，智能手機(jī)是現(xiàn)在，將來是BodyNet。作為電子工業(yè)下一個(gè)發(fā)展的大趨勢(shì)，基于柔性電子器件的BodyNet是否會(huì)顛覆智能手機(jī)呢？這是我們希望看到的。