鲍哲南独家授课：电子工业下一个大趋势，柔性电子或将“颠覆”智能手机时代
当地时间 4 月 22 日，美国艺术与科学院（American Academy of Arts & Sciences，简称 AAAS）公布了新一批院士的名单，其中美国斯坦福大学教授鲍哲南当选。由于鲍哲南教授已于2016年当选美国国家工程院院士，因此她现已成为美国国家工程院和美国艺术与科学院两院院士。
AAAS 院士由美国艺术与科学院在 1781 年首次评选，每年进行院士增选。美国艺术与科学院是美国历史最悠久的院士机构及地位最为崇高的荣誉团体之一，也是进行独立政策研究的学术中心，首任院长为美国第一任副总统及第二任总统约翰 · 亚当斯。
鲍哲南教授是柔性电子领域的泰斗级人物。她所从事的关于“人造皮肤”的研究，取得了世人瞩目的成果，被媒体称为当今世界化学工程领域的“黑科技”。2018年，鲍哲南教授团队在柔性电子领域实现了制造工艺的飞跃，首次成功开发出更易量产的高密度、高灵敏度可拉伸晶体管阵列（OTFT），这一成果在电子皮肤等研究中具有突破性意义。
鲍哲南的父亲鲍希茂是南京大学物理系教授，他总是鼓励鲍哲南思考和提问，并引导鲍哲南先自己找问题找答案，然后再做实验证实。
有一次，父亲带鲍哲南去玄武湖玩，她当时在吃冰棍，爸爸随口问她：“冰棍落到水里是会浮起来还是沉下去？”11岁的鲍哲南想当然地回答：“肯定会沉下去。”父亲就鼓励她自己验证一下。鲍哲南把冰棍扔到水里，却看到它分明是浮在水面上的，惊呼：“为什么？”父亲笑而不答，让她自己去研究。鲍哲南后来才搞清楚，原来是因为冰的密度比水小。带着一份探索未知世界的好奇心，鲍哲南17岁就考入了南京大学化学化工学院。
1990年，鲍哲南随姐姐来到美国。当时她还不满20岁，一边在伊利诺伊大学芝加哥分校学习，一边打两份工维持生计。她利用中午的空当去给一家公司做兼职调研员，需要挨家挨户地敲门。晚上放学后，鲍哲南还要去中餐馆打工。自立的鲍哲南不想依靠家人，在美国留学的日子过得很艰辛。为了省下几美金的交通费，她每晚从中餐馆下班后拖着疲惫的脚步走40分钟回住处。鲍哲南每天凌晨1点才能下班，有段时间面临考试，疲惫不堪的她回家后还要熬夜复习功课，每天只能睡三四个小时，一度累到流鼻血……但熬过所有苦难，鲍哲南自食其力养活了自己，并收获了一番宝贵的社会阅历。
鲍哲南教授在1995年获得芝加哥大学化学博士学位，并加入朗讯科技贝尔实验室材料研究部；2004年，加入斯坦福大学；2010年底作为创办人之一的C3Nano公司在美国硅谷成立 。鲍哲南教授于2018年荣升斯坦福大学化学工程学院院长，也是第一位就任斯坦福化工学院院长的华人。
2011年鲍哲南教授获得影响世界华人大奖；
2015年，鲍哲南教授因“能传导触觉的人工皮肤”相关工作，入选Nature十大年度人物；
2016年，因在柔性电子器件的有机半导体材料领域的贡献，当选美国工程院院士；
2017年，获得欧莱雅-联合国教科文组织颁发的“世界杰出女科学家”奖，目前斩获这个奖项的华人女科学家包括鲍哲南在内只有7人；
2020年，成为“ACS Central Science Disruptors & Innovators Prize(颠覆者和创新者奖)”首位获奖者；
2021年，当选美国艺术与科学院（AAAS）院士。
鲍哲南教授曾于2017年9月16日来到混沌，在《黑科技：柔性电子变成人类皮肤——人造皮肤的启发》一课中，不仅解析了柔性电子技术的出现及其所能带来的重大社会变革，还结合自己20多年在顶尖学府从事科研工作的经验，深入解析了科学的管理研究团队、人才的选取与培养，以及学校创新和社会创业如何完成良性互动等关键问题。
今天，混沌君将课程内容重新整理出来，送给喜爱创新，热衷思考人才培养和团队管理的你。
以下内容由鲍哲南教授分享。
授课老师 | 鲍哲南 斯坦福大学教授
编辑 | 混沌商业研究团队
支持 | 混沌前沿课
本文为混沌商业研究团队原创文章，500堂认知好课，就在混沌app
未来电子工业：不一定很硬，也可以柔软
如果说摩尔定律几乎已达到物理极限，那么未来的电子工业出路会在哪里？我认为，新的材料、新的器件将会开辟一个全新电子工业的基本元素。
在这次课程中，我将为各位同学介绍人造皮肤——这个可以在电子工业中开启全新领域的材料，到底如何产生，又将会为工业产业带来怎样的转变。
我们都知道，电子工业的开端是贝尔实验室发明了晶体管。博士毕业后，我曾在那里工作了八年，也在那里确定了我研究的大方向。
在贝尔实验室诞生的13个诺贝尔奖中，晶体管是第一个。
晶体管是什么？简单说，就是一个电子器件，类似于一个小开关。计算机芯片的运转，以及显示屏幕会转换画面，都是因为有它。
晶体管之所以能蓬勃发展，有一个重要的关键点，就是发现了可以用便宜的材料——“硅”，来做晶体管。要知道，晶体管最开始做出来的时候，所用的材料并不是可以生产的材料。
后来，英特尔又发现了怎么样可以把晶体管集成，做在一片衬底上。也就是说，一个很大的电子器件，可以把它做得非常小，全是薄膜型，做在一片衬底上；在同样一个衬底上放得晶体管约多，卖的小芯片越多，赚得钱就越多。
于是，英特尔创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）提出了电子工业发展领域重要的经济规律——摩尔定律，即当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
直到现在，芯片可以做到7纳米，比我们的头发还要细（备注：人类头发一般在100微米以内），如果再缩小，就是原子级了，几乎已达到物理极限。那么，未来，电子工业还有什么出路？
其实，除了越来越小之外，电子工业还有另外一个很重要的发展趋势，就是可以把电子产品做成更加多样化、多形化。
比如说，这些电子的器件产品或者传感器，并不一定要很硬的，也可以很柔软。我们可以想像，可以把它放在心脏上，检测心脏的电流，或者做可弯曲的屏幕。
所以，如果要让电子工业有一个新的突破的话，我们所用的电子材料完全要变掉。因为现在的电子材料都是硬的，硅就像玻璃一样，容易碎。
如果要穿在身上，要折叠，要放在器官上面的话，这些电子器件要能够有很好的电子功能，而且还要跟着我们身体一起移动，否则就会很不舒服。
这些来自工业发展的需求就形成了我研究的大目标：用新的材料、新的器件，让电子工业有新的发展可能性。
那么，我们需要的这种新材料，有什么可能的实现方式呢？
可能一：可以把硅片做得非常非常薄，变得可以弯曲。但缺点是不能拉伸，放在软组织上，还是会伤害到软组织。
可能二：可以用塑料，但电学性能有限。
不过，我们也可以通过科学的手段，改变塑料的分子结构，使这些柔性材料变成像硅一样，有好的电子性能，这样的柔性电子就成为了我加入贝尔实验室后确定的大方向。
人造皮肤——一条可以走通的路，只是时间问题
当2004年我到斯坦福大学工作的时候，我已经从事柔性电子的研究已经8年时间，这个领域仍然非常空旷，我的成果应用在了显示屏、集成电路等领域，但我更希望能够做一项研究，可以触动每个人的生命。但这个研究是什么，我并没有很清楚。
做科研总是需要有启发点，我的启发点是人的皮肤。
这个启发点来得非常偶然。在我到斯坦福大学的第二年，机械系在做一个可以像蟑螂一样爬的机器人，我看到后觉得这真是太酷了，于是跟开发这个机器人的教授谈，爬得那样好的机器人还有没有未解决的问题。
这位教授说，当“蟑螂”向上爬到墙顶时，墙没有了，但它的爪子却感受不到，没东西抓就掉下来了。他提出了一个机器人领域里很重要的问题，就是缺少一种能让机器人有感觉的柔软、很薄的“皮肤”。
这便形成了我们想做的电子材料：有柔性、拉伸性，能够传感，这都是人类皮肤所拥有的特性。更有意思的是，皮肤还有生物降解性，并且如果皮肤有划痕了，它自己还可以把疤痕慢慢去掉，进行自修复。
我想，如果模拟皮肤的这些功能，并全加入电子材料，实现了这个简单的概念，我们就可以实现开辟一个新的电子工业时代最基本一些元素。而这，也成为了我们进行科学研究的灵感和动力来源。
那么，人造皮肤，需要有哪些最主要的部分呢？
（1）传感。因为需要像皮肤一样能够触摸和感知。
（2）电子电路。因为这些感受的信号，需要用它转换成我们大脑所可以理解的信号。
首先，传感该怎么做到，有以下几种方式：
（1）可触摸的传感器。
目前大部分方式做出来的可触摸传感器，要么是硬化的，要么是太厚，要么是不可弯曲，不够灵敏，有各种问题。
我们的解决方案是把橡胶做成像小金字塔一样的形状。这个金字塔的塔尖非常柔软，你一压塔尖，就很容易改变形状，进而改变电容。于是，你就有了触摸感。
（2）测温度的传感器。
这样的传感器是用一些导电的小颗粒和一些高分子的材料混合在一起。当加热的时候，高分子材料就会热膨胀，改变小颗粒之间的距离，进而改变导电性。
（3）化学和生物传感器。
想象一下，如果你手上的皮肤可以感知化学分子或者生物分子的话，也许你可以给自己做身体检查。看到皮肤上有一个痣，颜色不太对，也许你摸一下就可以知道这个是不是癌症细胞，或者你在触摸桌子的时候，就可知道这个桌子表面是否有细菌。
有了传感器，大脑是否可以真正理解这个信号？如果可以，那么这条路就是可以走通的，只是时间问题。
于是，我们做了第一代的人工机械感受器，通过感受压力产生一系列的电信号。这些信号，大脑是否可以真正理解，我们用老鼠的脑子切片作了实验。
我们用生物工程的方式，改变了脑子切片某个部位的细胞，是它对光学感受有灵敏性。然后，把电信号输入到一个光纤里面，测试脑切片对这个光信号是否有反应，进而确认这个脑子是否可以理解我们传给它的信号。
现在，我们可以证实，用这个人工机械感受器，可以达到像人的皮肤一样的感受功能，而且可以和大脑联络。
有了这个传感器后，我们开始进行进一步的材料设计：
比如，快速自愈电子聚合物，可以导电也可以自我修复；可伸缩的晶体管，即便弯来弯去，也不会改变它的导电性；还有可生物降解的半导体材料，用这个材料做电子电路如果植入体内，我们可以控制它的分子结构，使得它在一定的时间内慢慢地生物降解。
为满足个性化需求，人造皮肤也可以是蝴蝶状。
这些材料的功能，是已有的电子器件所做不到的，所以我觉得，这将开始一个新的可能性。
未来的大趋势：“颠覆”智能手机时代
在有了新材料后，我们会想象它的前景。
第一步，先是用作智能服装，穿在身上；然后，贴在皮肤表面；最终甚至会植入我们的身体。这是一个我们认为可能的发展趋势。
现在是智能手机时代，但它还是一个很硬性的电子器件，包括现在的iWatch、谷歌眼镜、VR。但在未来，我们就要进入一个新的区域，即弹性电子、人造皮肤时代。
但是未来，可穿戴的科技必须要着重于提升功能，如果没有增加新功能，就没有人会去需要它。
所以，我们设想的未来，是这样的一个系统，在人的体内可能有一些传感器，即人工皮肤的电子器件，人体就相当于一个网络中心，与周围朋友、环境所联系。想象一下，也许20年后，你的生活可能是这样的：
早晨，身上的柔性电子皮肤手表让你醒来，并且告诉你脉搏正常；戴上眼镜，你可以了解今天的日程表，得知今天下午有一个会议；然后你走出房间，准备叫一个车，抬头看见，以后的车都是直升飞机，就告诉直升飞机下来接你；你的太太来跟你告别，透过太太身上的柔性电子器件，你可以知道太太心情很好……
我只想通过这个例子让你看到一个BodyNet（人体网络）。现在我们已经做出人造皮肤，这样的未来也不再只在想象当中。
智能手机之前，我们用数码相机拍照，用MP3听音乐，用GPS去找路……但当智能手机出来以后，很多已有的传统工业都被颠覆了。这说明，一个新型科技的发展，如果它找对人的需求的话，它就可以颠覆整个已有的工业。
而对于我们来说，智能手机是现在，将来是BodyNet。作为电子工业下一个发展的大趋势，基于柔性电子器件的BodyNet是否会颠覆智能手机呢？这是我们希望看到的。
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五问顶级科学家鲍哲南：创新者应该如何思考？
1、做科学研究，想法从哪里来？
材料学中有两种不同的思考路径。
想法一：不管这个材料到底有什么用，只要觉得有趣，可能有新性质、新发现，就要把这个材料做出来。
例如，平常我们看到的碳都是粉末状的，但我很好奇，如果我把它的碳原子排列变成有序性了，而且有序性不光是一个多层的三维结构的碳，而是单层的，会怎么样呢？这就成为了石墨烯，非常好的导电体，而且超薄、透明。
想法二：我有很清楚的目的，比如，我这个材料要做电动汽车的电池，或者说要做太阳能电池。目的很清楚，然后围绕这个目的，有什么问题就去解决。
总之，在学术界，学会设定目标非常重要。有了目标之后，再从这个目标倒推，你要达到这个目标还缺什么，这个就成为你的研究方向。
2、学术界与工业界的目标有什么不同？
学术界的目标是非常远的，一般是20年，而工业界的目标是比较近的，一般是5-10年就得有一个新产品。
但在学术界，在去实现20年目标的时候，我们可以发现有很多很有趣的应用，可能在5到10年就可以实现。这是研究的大方向所出来的副产物，这也非常令人幸福。
3、该怎样达成目标？
学会用 “设计思维”去规划与实践，可以帮助你保证正确的产品思路与高标准的项目品质。
设计思维提倡建立一个长期目标，分步骤制定小目标，逐一解决最后达成目标。整个过程包括5个步骤：
（1）移情（Empathize）：把自己当成客户，探索客户最本质的需求。不仅需要观察用户行为，而且要知道行为的目的、行为的连带反应等，以了解用户的真实想法。
（2）定义（Define）：用一句精简的话来告诉别人你的团队或者项目的目的与价值观。下定义的过程需要考虑清楚众多因素，比如客户是谁、解决什么问题、有哪些已有的假设、有什么相关联的不可控因素、短期目标和长远影响是什么、我们的基本方法是什么等等。
（3）设想（Ideate）：可以理解为头脑风暴，尽可能多的去设想场景以及解决方案。
（4）原型（Prototype）：用最短的时间和成本来做出项目原型或者构建出其商业模式。需要强调的是，在做原型的过程应当不断发现问题，找到新的可能出现的问题或瓶颈，并给出解决方案。
（5）测试（Test）：测试原型。当原型为其他难以视觉化的产品或者项目时，可以让更多人体验该产品，并给出反馈。
（备注：详细可参阅《Designing Your Life 自己的人生，自己设计》，作者William Burnett ）
4、如何像创新者一样思考？这5个关键行为值得你参考。
（1）Associating（联系）。比如说我的专业是化学，材料学，但是如果我可以做机器人的话，就会产生很多原来意想不到的想法。当你从一个常常接触的环境，去跟环境以外的东西联系起来，就可以激发你产生新的想法。
（2）Questioning（质疑）。当你就是在做一件事情的时候，你要去质疑这个领域为什么一直都要这样做？有时大家都这样做，不一定这个做法就是对的，或者这个做法最好。也许你可以想出一个更好的办法。所以要常常质疑一些很重要的问题，而且敢于去推翻，可以使得创新有更多的可能性。
（3）Observing（观察）。当你把解决一个问题的方法用在另一个地方的时候，你要仔细观察了才知道，哪些是好的地方，哪些是不好的地方，哪些地方还有问题要解决。
（4）Networking（联网）。不同学术背景的人，比如做化学和物理的如果和电子、医疗方面的人接触，就会有新的火花，产生很多意想不到的重要想法。
（5）Experimenting（实验）。不去尝试，就不会知道最终的想法是不是正确。有时这个想法只是你的一个设想，但实验会告诉你，你的设想是对的还是错的。有时实验证明了你的想法，说明你的思路是正确的，可以继续往下走。但是有时实验跟你的想法不一致，并不是说这个实验是失败的实验，这个实验其实是很有用的，因为它告诉你，你的设想是错的，你的假设是错误的，所以你要回去重新思考哪里的假设是错误的，这样你就会进一步发展，把你的思路越来越完美化。
5、除此之外，还有因素影响你的创新？
外界的环境会有很大的影响。
想象有两间教室，第一间教室里，老师在前面，学生在后面；另外一间教室是小桌子，学生都坐在一起，老师可以走来走去，在中间走来走去。
这两间教室里学生和老师之间的交流互动会有什么样的不同？第一间教室里学生都是在听老师讲，很难与老师产生互动，互相启发。
但是如果在第二间教室，你一进去，就知道这个环境要鼓励学生和老师更多的互动。
还有不同颜色的环境也会对学生有不同的影响。进到一间教室，如果颜色灰灰暗暗，可能坐一会儿就想睡觉；但一进到颜色鲜艳的教室立刻就清醒了，思维也会活跃起来。
现在很多公司就在这样设计环境。比如硅谷的Facebook，他们的办公室有很多颜色，有的人在办公桌上放了一片树叶，走道里面的墙也可以随便写字画画，这也是鼓励创造力的一种方式。而且办公的地方也没有用不同的房间把大家隔开，大家全在同一个大房间里面，有很多桌子，每个人桌子上都有自己个性化的东西。在办公室的角落，会有一些休息的空间，让大家互相交流沟通，使得员工和员工之间有更多的接触。可能不同部门的人在一起打游戏时，就会产生一些新的想法。
在这样的环境工作，你不会觉得很累、很枯燥、很闷，而总是觉得有一种受激发的感觉。
你与什么样的人共事也非常重要。我最初到贝尔实验室的时候非常震惊，虽然这里用的实验仪器非常陈旧，但是当你需要时，你总可以找到世界上最擅长做某项研究的人，会与你毫无保留地讨论与合作。这也是斯坦福的风格，所以我在那里制造了一个像贝尔实验室一样的团队，就是我的可穿戴电子中心。
最后是创业者精神，斯坦福大学强调人人都是创业者。但并不是说要开公司、要赚钱，而是每个人要做自己想做的事情，并这件事用各种方式做成。