[科普中国]-鲍哲南：未来人造皮肤让假肢拥有触觉，还将助人工智能全面升级

在2018年未来科学大奖新闻发布会上，美国工程院院士、斯坦福大学教授鲍哲南女士就未来十年柔性电子材料的应用、人造皮肤与人工智能发展情况等问题接受了腾讯科普记者采访。采访内容要点整理：1、“未来我们可以将电子产品做成像人的皮肤一样柔软，5年内折叠手机一定会出现在市场上”；2、“智能手机会融入我们人体”；3、 人造皮肤不仅可以帮靠假肢生活的人们获得触感，还让机器处理数据变得更简单快捷；4、“人工智能的最好的应用不是取代人，而是取代一些重复性的，规律性的工作”；鲍哲南教现场接受采访提问：很感谢您抽出宝贵的时间接受我们的采访。我们主要想聊一聊您所在领域的前沿方向，以及现在所做的研究，有什么样的突破？鲍哲南：我所在的课题组一直在做新的电子材料，即柔性电子材料，它的最终的目的是模仿，致力于改变将来电子工业发展的方向。未来我们可以将电子产品做成像人的皮肤一样柔软。例如我们最近着手的一个研究：从基础研究、基础科学的角度上来说，现在的这些电子器件、电子产品较硬，会摔破或打碎，但把它们做成柔性，所需材料完全改变后则不会轻易发生破损。那么，如何从分子的角度上设计出新的材料，既能导电性好，又有这些新的功能，这是一个科学上的重大挑战。前面这几年，一个重大突破是我们找到一些分子设计的切入点，使得我们设计制造出来的材料，其性能已经可以与非晶硅相媲美。例如，用来切换显示屏幕画面开关的晶体管就是使用非晶硅制造的。另外，要用这些新技术在工艺上进行发展，即做出材料。历史上，硅电子工业的发展，就是先发现了硅是一个非常适合做晶体管、做半导体工业的材料。但是，半导体工业、硅工业之所以发展起来，是因为有一系列的工艺可以将它做成芯片。柔性电子的发展也是一样的，需要一个工艺化的过程。所以在这几年内，我们也发展了一个用于柔性电子的制作工艺。但目前的难点还是做晶体管。当然，在实验室里我们可以做几百个晶体管，但真正要把它做成能够在工业上使用的程度，需要几百万、几千万量级的晶体管。所以，从科学的角度上，难点一个是材料能否达到我们所需要的要求，另一个是这个材料的运作机理到底是怎么样的，长时间运作时，它的化学和物理的变化是怎么样的。还有很多科学上的问题和挑战。另外就是工艺问题，怎么样能够把它的规模扩大。这是科学和工程结合才可以解决的。提问：未来我们的智能手机有没有可能也做成柔性的？鲍哲南：我觉得智能手机会一步一步向柔性的方向发展。首先是折叠手机，要折叠的时候，虽然屏幕大部分区域不是柔性的，但是折叠弯曲的这个部分需要是柔性的，否则的话屏幕就会碎裂。慢慢的，折叠的手机会做成可以就拉伸的手机。以后我们不会再每个人手中都拿着手机了，手机的功能会慢慢融入到我们所穿的衣服里，我们所戴的手表中，或者眼镜上等。甚至有一些功能是可以植入到体内的。今后，智能手机会融入我们人体。当然还有很多技术方面的问题需要突破，比如说我刚才提到的材料，现在材料的电子功能虽然已经达到一定的程度，但是还不够完善。这些功能还需要很大提高。另一个是工艺制作方面，如何把柔性的和硬性的材料结合起来，这个也是一个很大的技术挑战。其实已经有不少公司证实可折叠的手机是可以做出来的。我觉得5年内折叠手机一定会出现在市场上。提问：人造皮肤帮助靠假肢生活的人们获得触感？鲍哲南：让假肢有触觉其实是以我们做的人造皮肤为出发点的。因为我们希望我们所做的研究对人类有帮助。柔性电子将来最直接的应用就是可以放在假肢上，让它运作起来像人的皮肤一样。从研究的角度上来说，我们把人的皮肤看作一个复杂的电子系统。它有感触外界的知觉，可以触摸，可以感觉温度，可以感觉湿度，还能进行信号处理。这个信号要处理成我们的大脑可读的信号，较为复杂，现在人工智能其实也在学习人体是怎么处理信号的。另外就是电子信号和生物体系的结合，关于人的皮肤就是这三个重点，我们将来可穿戴各种新型电子，都需要模拟学习。一直以来，人类都在努力将自身具备的全部感官“复制”到机器人身上使其更加智能化。但是，相对于听觉、视觉而言，人类的触觉更加复杂，模拟起来十分困难。让残疾人有触觉感，如果这个创想能实现的话，我觉得应该能惠及到更多的普通残疾患者，传感器的成本跟传感器的多少和人造皮肤的复杂性有关。要让假肢有感觉的话，一开始并不需要跟真实的手完全一样，这可能需要非常多的传感器，价格自然也会比较昂贵。但是一开始假肢一点触觉都没有，只要放几个传感器，比如说五个手指上面，有五个传感器，或者十个传感器，每个手指上有两个传感器，这就是对残疾人生活质量的很大改善。所以这样从简单的开始，基本的人造皮肤可以只有几个传感器，成本就会比较低一些。首先让残疾人能够有触觉，就是对他们生活质量的很大改善。提问： 人造皮肤对于人工智能领域的发展有何意义？鲍哲南：人造皮肤需要学习，即收取数据。因为人工智能整个程序需要大量数据，需要很多传感器收取数据。另外是皮肤处理数据的方式，如果能够模拟，可以让机器处理数据变得更简单，然后用非常简单的电子器件结合起来，也可以做一些和人工智能同样的运作。虽然我们手上有几百万个小的传感器可以感知，但这几百万个传感器如果用现在的芯片去处理，要花非常非常多的时间，耗费很多的能量。但是我们人自己本身却不需要很多能量就可以处理非常非常多的数据，就是因为这些信号一个个分支到最后聚合，再从神经中枢传到大脑。所以这样的信号处理的方式，如果可以用人造的电子器件去模拟，那就可以节省很多功耗来处理数据，而且可以使得处理数据变得更快。提问：您觉得未来人工智这一块，能在某些领域取代人吗？鲍哲南：我觉得人工智能的最好的应用不是取代人，而是取代一些重复性的，规律性的工作。毕竟人工智能是用已有的知识去训练机器，让机器在已知的情况下做出一些决定和判断。但是我们日常生活和工作的环境当中，还有很多未知数。对人工智能来说，这些未知数如果没有把它输入，或者是未发生的事，它是无法去判断、无法去处理的。而我们人所能做的是，可以综合很多想不到的组合事件，或者可以综合分析以前没有发生过的，但是将来可能发生的新事件。这些是我们人可以去做的。所以我觉得人工智能不是用来取代人，而是让我们人去做更加有创新性的工作，而不是一直做重复性的工作。一个很明显的例子，就是很多麦当劳——至少在欧洲和美国的麦当劳，顾客去定买东西的时候，都是用机器点单，但是麦当劳里面的服务人员并没有减少，这些服务人员可最快速度送餐上桌，如果顾客有什么问题，他们也可以第一时间帮忙解决。我觉得这就是一个很好的例子，让机器去做重复性点单工作。这就让人有更多的时间去帮助人，去做一些人性化的服务。提问：很多人会担忧如果人工智能应用的越来越多，这样会造成一定程度的失业或者其他问题吗？鲍哲南：我觉得社会一直在向前发展，一直需要有新的工业、新的领域，像在几十年前的制作工业，是煤矿工业或者钢铁工业，现在慢慢变成了制造业，生产变得更加智能。所以工业发展趋势是一直在变化的，我觉得最重要的是，我们应该更多的想一下将来发展的趋势，多给自己一些新的训练，不断地增加自己的能力和技能。这样的话，总是会有新的更加有意思的工作出现。我觉得年轻人做科学，要敢于去创造，敢于去自己想象，不要说别人在做什么，大潮流怎样就要跟着潮流，而是要敢于自己做一些原创的工作。另外就是要敢于失败，失败是成功之母，如果不去尝试的话，那也不会知道这个想法到底是不是可以成功。但是如果这个想法这次没成功的话，从中总会学到一些新的经验，那下一次可能就可以成功。受访者| 鲍哲南，斯坦福大学 K.K. Lee 化学工程学教授、化学教授和材料科学与工程教授，斯坦福大学可穿戴电子中心创始人和主任，美国工程院院士，未来科学大奖科学委员会委员。采访者| 曾丹 腾讯科普主编文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自“科普中国”