[科普中國]-鮑哲南：未來人造皮膚讓假肢擁有觸覺，還將助人工智能全面升級

在2018年未來科學大獎新聞發(fā)布會上，美國工程院院士、斯坦福大學教授鮑哲南女士就未來十年柔性電子材料的應(yīng)用、人造皮膚與人工智能發(fā)展情況等問題接受了騰訊科普記者采訪。采訪內(nèi)容要點整理：1、“未來我們可以將電子產(chǎn)品做成像人的皮膚一樣柔軟，5年內(nèi)折疊手機一定會出現(xiàn)在市場上”；2、“智能手機會融入我們?nèi)梭w”；3、 人造皮膚不僅可以幫靠假肢生活的人們獲得觸感，還讓機器處理數(shù)據(jù)變得更簡單快捷；4、“人工智能的最好的應(yīng)用不是取代人，而是取代一些重復(fù)性的，規(guī)律性的工作”；鮑哲南教現(xiàn)場接受采訪提問：很感謝您抽出寶貴的時間接受我們的采訪。我們主要想聊一聊您所在領(lǐng)域的前沿方向，以及現(xiàn)在所做的研究，有什么樣的突破？鮑哲南：我所在的課題組一直在做新的電子材料，即柔性電子材料，它的最終的目的是模仿，致力于改變將來電子工業(yè)發(fā)展的方向。未來我們可以將電子產(chǎn)品做成像人的皮膚一樣柔軟。例如我們最近著手的一個研究：從基礎(chǔ)研究、基礎(chǔ)科學的角度上來說，現(xiàn)在的這些電子器件、電子產(chǎn)品較硬，會摔破或打碎，但把它們做成柔性，所需材料完全改變后則不會輕易發(fā)生破損。那么，如何從分子的角度上設(shè)計出新的材料，既能導(dǎo)電性好，又有這些新的功能，這是一個科學上的重大挑戰(zhàn)。前面這幾年，一個重大突破是我們找到一些分子設(shè)計的切入點，使得我們設(shè)計制造出來的材料，其性能已經(jīng)可以與非晶硅相媲美。例如，用來切換顯示屏幕畫面開關(guān)的晶體管就是使用非晶硅制造的。另外，要用這些新技術(shù)在工藝上進行發(fā)展，即做出材料。歷史上，硅電子工業(yè)的發(fā)展，就是先發(fā)現(xiàn)了硅是一個非常適合做晶體管、做半導(dǎo)體工業(yè)的材料。但是，半導(dǎo)體工業(yè)、硅工業(yè)之所以發(fā)展起來，是因為有一系列的工藝可以將它做成芯片。柔性電子的發(fā)展也是一樣的，需要一個工藝化的過程。所以在這幾年內(nèi)，我們也發(fā)展了一個用于柔性電子的制作工藝。但目前的難點還是做晶體管。當然，在實驗室里我們可以做幾百個晶體管，但真正要把它做成能夠在工業(yè)上使用的程度，需要幾百萬、幾千萬量級的晶體管。所以，從科學的角度上，難點一個是材料能否達到我們所需要的要求，另一個是這個材料的運作機理到底是怎么樣的，長時間運作時，它的化學和物理的變化是怎么樣的。還有很多科學上的問題和挑戰(zhàn)。另外就是工藝問題，怎么樣能夠把它的規(guī)模擴大。這是科學和工程結(jié)合才可以解決的。提問：未來我們的智能手機有沒有可能也做成柔性的？鮑哲南：我覺得智能手機會一步一步向柔性的方向發(fā)展。首先是折疊手機，要折疊的時候，雖然屏幕大部分區(qū)域不是柔性的，但是折疊彎曲的這個部分需要是柔性的，否則的話屏幕就會碎裂。慢慢的，折疊的手機會做成可以就拉伸的手機。以后我們不會再每個人手中都拿著手機了，手機的功能會慢慢融入到我們所穿的衣服里，我們所戴的手表中，或者眼鏡上等。甚至有一些功能是可以植入到體內(nèi)的。今后，智能手機會融入我們?nèi)梭w。當然還有很多技術(shù)方面的問題需要突破，比如說我剛才提到的材料，現(xiàn)在材料的電子功能雖然已經(jīng)達到一定的程度，但是還不夠完善。這些功能還需要很大提高。另一個是工藝制作方面，如何把柔性的和硬性的材料結(jié)合起來，這個也是一個很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。其實已經(jīng)有不少公司證實可折疊的手機是可以做出來的。我覺得5年內(nèi)折疊手機一定會出現(xiàn)在市場上。提問：人造皮膚幫助靠假肢生活的人們獲得觸感？鮑哲南：讓假肢有觸覺其實是以我們做的人造皮膚為出發(fā)點的。因為我們希望我們所做的研究對人類有幫助。柔性電子將來最直接的應(yīng)用就是可以放在假肢上，讓它運作起來像人的皮膚一樣。從研究的角度上來說，我們把人的皮膚看作一個復(fù)雜的電子系統(tǒng)。它有感觸外界的知覺，可以觸摸，可以感覺溫度，可以感覺濕度，還能進行信號處理。這個信號要處理成我們的大腦可讀的信號，較為復(fù)雜，現(xiàn)在人工智能其實也在學習人體是怎么處理信號的。另外就是電子信號和生物體系的結(jié)合，關(guān)于人的皮膚就是這三個重點，我們將來可穿戴各種新型電子，都需要模擬學習。一直以來，人類都在努力將自身具備的全部感官“復(fù)制”到機器人身上使其更加智能化。但是，相對于聽覺、視覺而言，人類的觸覺更加復(fù)雜，模擬起來十分困難。讓殘疾人有觸覺感，如果這個創(chuàng)想能實現(xiàn)的話，我覺得應(yīng)該能惠及到更多的普通殘疾患者，傳感器的成本跟傳感器的多少和人造皮膚的復(fù)雜性有關(guān)。要讓假肢有感覺的話，一開始并不需要跟真實的手完全一樣，這可能需要非常多的傳感器，價格自然也會比較昂貴。但是一開始假肢一點觸覺都沒有，只要放幾個傳感器，比如說五個手指上面，有五個傳感器，或者十個傳感器，每個手指上有兩個傳感器，這就是對殘疾人生活質(zhì)量的很大改善。所以這樣從簡單的開始，基本的人造皮膚可以只有幾個傳感器，成本就會比較低一些。首先讓殘疾人能夠有觸覺，就是對他們生活質(zhì)量的很大改善。提問： 人造皮膚對于人工智能領(lǐng)域的發(fā)展有何意義？鮑哲南：人造皮膚需要學習，即收取數(shù)據(jù)。因為人工智能整個程序需要大量數(shù)據(jù)，需要很多傳感器收取數(shù)據(jù)。另外是皮膚處理數(shù)據(jù)的方式，如果能夠模擬，可以讓機器處理數(shù)據(jù)變得更簡單，然后用非常簡單的電子器件結(jié)合起來，也可以做一些和人工智能同樣的運作。雖然我們手上有幾百萬個小的傳感器可以感知，但這幾百萬個傳感器如果用現(xiàn)在的芯片去處理，要花非常非常多的時間，耗費很多的能量。但是我們?nèi)俗约罕旧韰s不需要很多能量就可以處理非常非常多的數(shù)據(jù)，就是因為這些信號一個個分支到最后聚合，再從神經(jīng)中樞傳到大腦。所以這樣的信號處理的方式，如果可以用人造的電子器件去模擬，那就可以節(jié)省很多功耗來處理數(shù)據(jù)，而且可以使得處理數(shù)據(jù)變得更快。提問：您覺得未來人工智這一塊，能在某些領(lǐng)域取代人嗎？鮑哲南：我覺得人工智能的最好的應(yīng)用不是取代人，而是取代一些重復(fù)性的，規(guī)律性的工作。畢竟人工智能是用已有的知識去訓(xùn)練機器，讓機器在已知的情況下做出一些決定和判斷。但是我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯沫h(huán)境當中，還有很多未知數(shù)。對人工智能來說，這些未知數(shù)如果沒有把它輸入，或者是未發(fā)生的事，它是無法去判斷、無法去處理的。而我們?nèi)怂茏龅氖?，可以綜合很多想不到的組合事件，或者可以綜合分析以前沒有發(fā)生過的，但是將來可能發(fā)生的新事件。這些是我們?nèi)丝梢匀プ龅?。所以我覺得人工智能不是用來取代人，而是讓我們?nèi)巳プ龈佑袆?chuàng)新性的工作，而不是一直做重復(fù)性的工作。一個很明顯的例子，就是很多麥當勞——至少在歐洲和美國的麥當勞，顧客去定買東西的時候，都是用機器點單，但是麥當勞里面的服務(wù)人員并沒有減少，這些服務(wù)人員可最快速度送餐上桌，如果顧客有什么問題，他們也可以第一時間幫忙解決。我覺得這就是一個很好的例子，讓機器去做重復(fù)性點單工作。這就讓人有更多的時間去幫助人，去做一些人性化的服務(wù)。提問：很多人會擔憂如果人工智能應(yīng)用的越來越多，這樣會造成一定程度的失業(yè)或者其他問題嗎？鮑哲南：我覺得社會一直在向前發(fā)展，一直需要有新的工業(yè)、新的領(lǐng)域，像在幾十年前的制作工業(yè)，是煤礦工業(yè)或者鋼鐵工業(yè)，現(xiàn)在慢慢變成了制造業(yè)，生產(chǎn)變得更加智能。所以工業(yè)發(fā)展趨勢是一直在變化的，我覺得最重要的是，我們應(yīng)該更多的想一下將來發(fā)展的趨勢，多給自己一些新的訓(xùn)練，不斷地增加自己的能力和技能。這樣的話，總是會有新的更加有意思的工作出現(xiàn)。我覺得年輕人做科學，要敢于去創(chuàng)造，敢于去自己想象，不要說別人在做什么，大潮流怎樣就要跟著潮流，而是要敢于自己做一些原創(chuàng)的工作。另外就是要敢于失敗，失敗是成功之母，如果不去嘗試的話，那也不會知道這個想法到底是不是可以成功。但是如果這個想法這次沒成功的話，從中總會學到一些新的經(jīng)驗，那下一次可能就可以成功。受訪者| 鮑哲南，斯坦福大學 K.K. Lee 化學工程學教授、化學教授和材料科學與工程教授，斯坦福大學可穿戴電子中心創(chuàng)始人和主任，美國工程院院士，未來科學大獎科學委員會委員。采訪者| 曾丹 騰訊科普主編文章由騰訊科普“科普中國頭條創(chuàng)作與推送項目”團隊推出轉(zhuǎn)載請注明來自“科普中國”