作者：杨一鸣
鲁南姝（Nanshu Lu）
获奖年份：2012
获奖时年龄：29
获奖时职位：美国得克萨斯大学奥斯汀分校助理教授
获奖理由：鲁南姝所发明的电子纹身，使柔软、灵活的电子设备与人类的皮肤、器官等组织的相互融合成为可能，这将极大地提升既有的健康监测和精准医疗水平。
电子纹身（Electronic Tattoo，E-Tattoo），实际上就是一个能够直接贴在人体皮肤表面的柔性传感器。通过一片看上去与纹身类似的超薄电路，用户可以把自己的心电、肌电、脑电等各种生理信息直接传输到手机等电子终端上，以便医疗人员实时掌握相关人员的疾病或损伤状况。面对用户体内所发生的一些简单情况，电子纹身甚至可以自行判断并处置。
鉴于电子纹身与人类身体无缝贴合的特性，这种技术也被业界视作可穿戴设备的最终形态。但由于材料的限制，科学界对于电子纹身的研究长期停留在理论层面，在应用中并无实质性进展。这种纸上谈兵的僵局在21世纪的第二个十年便被一位川妹子打破了，她就是被授予“2012年《麻省理工科技评论》35位35岁以下科技创新青年”称号的科学家鲁南姝。
1983年，鲁南姝出生于四川成都。2001年,在树德中学度过了6年中学时光之后，鲁南姝考入了清华大学工程力学系。4年后，荣获“清华大学优良毕业生”称号的她又开始了海外深造 [8] 。2006年，鲁南姝获得了美国哈佛大学工程与应用科学学院所授予的应用物理学硕士学位。2009年，鲁南姝又获得了该校授予的材料力学博士学位。2011年8月，鲁南姝完成了其在伊利诺伊大学香槟分校的博士后研究工作。随后，鲁南姝进入得克萨斯大学奥斯汀分校(Universityof Texasat Austin)工作，担任该校的助理教授。
为了能够彻底地将电子器件与人体组织结合在一起，而不是将相关的传感器简单地戴在身上，从而更便捷、更精确地监测佩戴者的生命体征，鲁南姝决定研发一种经久耐用的电子纹身。她首先解决了在生物组织中嵌入电子设备的一个大问题——材料。传统意义上的芯片，一般都采用硅半导体制成。而硅半导体本身所具有的扁平性、刚性、易碎性等特征使它们无法与柔软的人体组织相匹配，直接使用硅半导体材料制作柔性传感器显然并不现实。鲁南姝所采用的柔性传感器材料，则是对硅半导体进行改造之后的新物质。
鲁南姝先是合成了一块小巧的聚合物基板，在这块聚合物基板上，可以存放微小的硅岛。这种技术曾被其他研究人员采用过，但效果并不理想，因为用普通的金属线来连接硅岛，往往会引起基质的过度拉伸或扭曲，最后会导致材料撕裂。鲁南姝创造性地用一种蛇形网格将这些硅岛转换为一种蛇形的网络，从而避免了线路断裂的隐患。最终，鲁南姝研发了一种厚度仅为30微米的极软、透明的硅树脂材料。 [9]
在找到了合适的载体材料之后，鲁南姝便将传感器的电路印在了硅树脂材料上；在电路和硅树脂之间，有一层较为坚硬的水溶性聚合物作为支撑。当用户将制成的电子纹身贴片放在干燥的皮肤上，然后再滴上清水，这层聚合物层便会溶解。接下来，存在于硅树脂和皮肤中的分子便会在吸力的作用下紧密地黏合在一起，而柔性传感器中的电路会顺势与人体完成融合。在先期的测试过程中，鲁南姝所发明的电子纹身显示出了其与人体之间强大的相容性——在硅树脂贴片植入实验对象皮肤一个星期之后，志愿者就能随心所欲地洗澡或锻炼。而在进行剧烈运动时，硅树脂贴片也不会像日用黏合剂那样对皮肤造成刺激。 [10]
在制造出不会引起人体排异反应的电子纹身之后，鲁南姝又带领她的研究团队在一些应用程序中对自己的柔性传感器进行了一系列的功能测试。例如，鲁南姝曾将电子纹身植入实验对象的脖子上，以使后者通过简单的语音就能控制推箱子（Sokoban）游戏的进程。而在演讲过程中，紧贴实验对象颈部的电子纹身也能通过对喉咙肌肉电活动的分析，精确地判断出左（Left）、右（Right）、上（Up）、下（Down）、前（Front）、后（Behind）等描绘不同方向的词。这也就意味着演讲者可以通过语音直接控制幻灯片的放映。 [11]
2016年，鲁南姝创立了自己的企业Rotex。此举旨在将柔性传感器投入商业化应用，并利用规模效应把电子纹身的单位价格降至百元左右。Rotex公司在美国的研究所主要负责研发工作，而产品生产的职责则交给了其在中国设立的工厂。根据公司员工的说法，Rotex现在已经成功地开发出了一套生产线，而生产效率也非常可观。后期，Rotex通过加装全自动生产设备，就能够具备彻底无人化的生产能力。届时，公司柔性传感器的生产速度将增加到每小时1000片。
的确，研发出具有实用价值的电子纹身固然是一大成功，但要想将这种成功延续下去而不是昙花一现，那就必须将技术转化为产品。对于电子纹身这项技术而言，实现量产的最大难题便是对生物科技、纳米材料科技、传感器软硬件研发科技、自动化生产线设计技术的综合把握。为了实现这个目标，鲁南姝在Rotex公司内部组建了一支规模达20多人的跨学科研究团队。在这个团队中，不仅包括在生产、市场方面有多年从业经历的人才，还汇集了很多来自中美两国的材料学专家。例如，获得“青年成就奖”（由美国前总统奥巴马亲自颁发）的得克萨斯大学奥斯汀分校教授德基·阿金旺德（Deji Akinwande）博士，以及来自伊利诺伊大学香槟分校的王普霖博士。在具体的分工方面，德基·阿金旺德主要负责石墨烯电子纹身的研发工作，而王普霖则主攻功能性电子纹身领域。
作为柔性电子领域的重要产品，鲁南姝所发明的电子纹身在未来医疗领域的应用空间十分可观，但实际上，柔性电子的应用领域远不止医疗这一个行业。在未来，人机交互、物联网、航空航天、深海探测，乃至军事、国防等领域，柔性电子技术都将得到充分的普及和应用。根据相关机构的预测，全球柔性电子产业的总规模在2018年将达到460亿美元，而到2028年，这个数字将攀升至3000亿美元。 [12]
如今，由鲁南姝主导研发的电子纹身产品，其材料来源早已不再限于硅树脂，石墨烯正在成为制作柔性传感器的最佳材料。而鲁南姝对电子纹身的应用也产生了更多的想法：将电子纹身贴在前额上，用户便可以直接监测自己大脑皮层的电活动；将电子纹身应用到整形手术中，贴片上的应变仪便可以实时告知外科医生病人相关部位的变化，以防止外科医生在手术过程中过度伸展皮肤；将电子纹身应用到康复治疗中，医生便可以根据病人心率和肌肉在运动过程中的变化，感知伤口愈合的进展情况；将电子纹身贴在患者的心脏肌肉上，医生就可以在第一时间发现血流量减少等心脏病发作的早期迹象……尽管鲁南姝的这些构想离大规模实现尚存在一定的差距，但在鲁南姝和她的研究成果持续地成为新闻焦点的背后，我们已经可以看到一个可穿戴设备与智能医疗相互融合的时代正在加速到来。 [13]
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[1] .图片来源于Jim Killock，http://fickr/photos/jimkillock/7862804896/，CC BY-SA 2.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20857329.
[2] .KILLOCK J.http://flickr/photos/jimkillock/7862804896/, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20857329.
[3] .孔令德.大学计算机基础[M].电子工业出版社, 2015.
[4] .孔令德.大学计算机基础[M].电子工业出版社, 2015.
[5] .Charles C.Mann: His ultracheap computer is perfect for tinkering[EB/OL].http://www2.technologyreview/tr35/profile.aspx?trid=1307.
[6] .Greenwald T.Kurtis Heimerl[J].Technology Review, 2014.
[7] .GANNES L.Endaga Brings Rural Villages Online With a Cell Network in a Box[EB/OL].https://recode/2014/12/1/11633382/endaga-brings-rural-villages-online-with-a-cell-network-in-a-box.
[8] .田阳.三位校友获得世界杰出青年创新奖[R/OL].(2012-08-24 )[2017-08-21].http://news.tsinghua.edu.cn/publish/thunews/10303/2012/20120830104813338508794/20120830104813338508794_.html.
[9] .Innovator Under 35: Nanshu Lu[J/OL].[2017-08-21].http://www2.technologyreview/tr35/profile.aspx?trid=1326.
[10] .Innovator Under 35: Nanshu Lu[J/OL].[2017-08-21].http://www2.technologyreview/tr35/profile.aspx?trid=1326.
[11] .Innovator Under 35: Nanshu Lu[J/OL].[2017-08-21].http://www2.technologyreview/tr35/profile.aspx?trid=1326.
[12] .俞俭.中科院院士黄维：柔性电子技术将带动万亿元市场[R/OL].(2016-11-09)[2017-08-21].http://news.xinhuanet/tech/2016-11/10/c_1119883780.htm.
[13] .Innovator Under 35: Nanshu Lu[J/OL].[2017-08-21].http://www2.technologyreview/tr35/profile.aspx?trid=1326.