——记天津大学化工学院生物化工系教授杨静

李白薇  李文博　　

　　1984年，“终结者”系列电影接连进入大众视野，如今它在无数科幻电影迷心中，已经成为不可替代的经典。电影中，机器人T-800从一个没有感情的机器人最终成长为理解人性的生命体。除了炫酷的形象，机器人模仿人类和自我修复的能力也同样深入人心。在电影设定中，机器人的外骨骼由一种名为“合金液体金属”的新型合金构成，能够在受损的情况下自我修复，使得它在战斗中难以被击败。

　　近年来，随着科技的飞速发展，电影中曾经看似遥不可及的想法在不断变为现实，相关技术也开始普及，人类与技术同行的时代已然到来。

　　天津大学化工学院生物化工系教授杨静，正是一位致力于科技前沿研究的年轻女性科学家。她聚焦于仿皮肤传感系统，在天然皮肤触觉机制的基础上，创新性提出一种材料“力诱导离子生成”的触感新机制，并基于此构建出一系列仿皮肤传感材料。

　　“这种仿皮肤传感材料外观就像人的皮肤，可以通过粘贴在机器人表面后使其产生触觉，提高机器人的智能感。”据杨静介绍，“仿皮肤传感材料可以使机器人不但通过触摸物体感知温度，还可以化身为一触即知晓物体形状的高级‘智能感’机器人。”

　　如今，利用先进材料、微纳制造、智能感知等交叉融合手段，杨静团队构建的传感器件及传感系统，已应用于智能敷料、静默通信、极端环境机器人等多个领域，她正一步一个脚印，孜孜以求地致力于将科幻电影照进现实。

做智慧科技的探路者

　　皮肤作为人体最大的器官，不仅肩负着防御“外敌”入侵的使命，还能感知多种外界刺激，如温度、压力等。此外，皮肤还有自我修复的功能。仿皮肤材料其实是种可延展柔性传感材料，这类材料想要模拟机体皮肤，首先要具备触觉。人类皮肤对机械刺激的触觉源于体内的机械感受器，这些感受器可将外力转化为电信号，并通过中枢系统传输到大脑。受此启发，构建能够将外力转化为电信号的传感器，并通过对电信号进行分析，解调外界刺激变化，就是仿皮肤传感器的制备目标与原理。不难看出，相关领域研究也需要材料化学、电子学、人工智能等多学科交叉作为研究理论基础。

　　这些年，研究人员不断在仿皮肤材料与传感器领域进行开拓研究，并渴望这种材料不仅能满足机器人，也能满足人类自己，杨静便是其中一员。

　　杨静科研的起点是南开大学化学学院和天津大学化工学院合办的分子科学与工程专业。大学时期受到理科与工科两方面知识的“冲击”，为她后续进行交叉学科的研究奠定了坚实的基础。杨静很感恩这几年的积累，不仅打牢了理论基础，还让她更注重工程中的优化。“就像我所研究的仿皮肤材料，本身就既有针对理论机制的研究，也有针对将其研发成器件后的工程优化研究，这其实正是理学和工学的结合。”

　　随着对理论基础与工程优化的不断深入，杨静逐渐找准目标，认清了自己的研究兴趣。此后，她在天津大学化工学院相继完成硕士与博士阶段的学习。

　　据杨静回忆，博士时期，她协助导师张雷教授，承担了多个科研项目的辅助工作，还会时常带领师弟师妹组团做实验，往往实验桌前一坐，就是一整天。作为张雷教授回国工作后的第一个博士生，杨静深受导师影响，明白沉下心去、坚定信念的重要性。“专注在科研过程中是极为重要的，只有目的明确才会直指问题所在，将问题核心剖析清楚。”人生短暂，在杨静心中，作为科研工作者，应该把有限的精力投入到真正重要的事情中，专注、深耕、细细打磨，才有可能在所胜任的领域成为佼佼者。

　　凭借着日复一日的坚持与努力，近几年，杨静怀揣着对智慧科技、国家需求的饱满热情，收获了累累硕果。她以第一通讯作者发表论文40篇，主持承担国家自然科学基金委优秀青年项目/面上项目、领域重点创新项目等多项国家级课题，并于2019年以中部参赛地区第一名的成绩获得国家级大赛奖，获批300万元的项目研究支持。

　　对于杨静来说，她未来的科研前景可以拥有无限遐想。然而站在仿皮肤传感系统的科技前沿，杨静始终专注地思考着一件事：随着技术的不断突破，如何将技术、经验转化为切切实实的生产力？从哪里切入，这同样是问题的关键。为此，她愿意做探路者，去抢占仿皮肤传感系统研究的新高地。

做脚踏实地的领跑者

　　科幻与现实毕竟有着遥远的距离。虽然艰难，但如果能与一群志同道合的人在一起，“让科幻照进现实”就不是一句空话。2018年，杨静博士毕业后加入天津大学化工学院生物化工系，现任教授、博士生导师。来到天津大学化工学院任职后，在博士导师张雷教授的带领下，杨静结识了一群同样对仿皮肤传感材料和器件感兴趣的伙伴，在她看来，这个30多人组成的“大家庭”有着坚定的目标，这里面有热爱、有乐于挑战的快感，还有沉甸甸的责任。

　　团队认为，对于仿皮肤传感材料来说，最理想的状态就是能够像人类皮肤一样，对不同接触压力背后的信息进行收集和分析，并给予准确的反馈，而且期待未来能够构建出具有生物活性的人工组织或器官替代物，要能充分应用于修复组织器官缺损或功能障碍的交叉领域。“医疗健康领域对仿皮肤传感材料的需求很大，这是我们团队一直在努力的方向。”杨静表示。

　　领跑仿皮肤传感材料领域的背后，离不开杨静团队的深入研究与切实投入。多年来，杨静针对仿皮肤器件开发过程中的多个难题展开突破。

　　薄薄的人体皮肤，除了对温度、压力等有高度感知力外，还具有抗菌、自愈等属性。如何让仿皮肤器件也能这样集成多种功能和属性，显著提升机器人的智能程度，是杨静的研究重点，这次她将重心转向开发可用于超低温环境的仿皮肤器件，并在这方面迈出了一大步。

　　要知道，人类探索的脚步早已深入极地低温地区，但低至零下七八十摄氏度的严寒天气为极地探险者的生命安全带来了极大的风险。为何不赋予机器人“触觉”，研发一种极地智能机器人，代替人类迈向严寒呢？

　　但开发可用于超低温环境的仿皮肤器件具有极大的挑战性，常用的弹性基底和电子墨水，不但在极低温度下满足不了自愈能力的条件，也很难保持柔韧性、导电性，因此开发超低温耐受的仿皮肤器件一度成为杨静团队科研任务的重中之重。

　　团队基于低玻璃化转变温度、脆化温度的聚二甲基硅氧烷，设计了一类超分子弹性体，并赋予材料快速可逆动态组装性能。在此弹性体的研发基础上，团队自主研发自愈合电子墨水，最终成功构建了在-78℃条件下可自愈、高拉伸、高灵敏度的电子皮肤。这种电子皮肤覆盖在机器人手掌上，便可在-78℃的条件下准确感应到不同的压力，精准实现对物体形状和特定符号的识别。值得一提的是，哪怕是经历-78℃的低温，电子皮肤在损伤后的传感能力仍然可以实现完全恢复。这一成果也成功发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。

做科技服务民生的推动者

　　大多数的应用基础研究，其主要目标是解决实际问题，如果不能实现成果落地，学术研究将是无源之水。

　　杨静也在多年的研究中意识到，迎头追赶光靠一两个团队远远不够，要想将仿皮肤传感材料做大做强，必须把科研界和产业界团结在一起，共同发力。

　　目前，根据团队已经成功研发的系统，只须将仿皮肤材料器件贴在喉部，无须发声也不用做出任何手势，便能通过喉部肌肉的运动将微小的机械振动转化为无声语音。这种喉戴传感器克服了当前静默通信技术所面临的可控性差、信噪比低等问题，能够在不借助声音和可识别动作的情况下实现用户之间或用户与计算机之间的无声通信，可成功应用于开发新型静默通信系统。这一成果不仅在现实生活中有可期的应用前景，成果还发表于《自然·通讯》（Nature Communications），为领域前沿探索作出了贡献。

　　在智能敷料应用方面，杨静同样做出巨大努力。伤口感染是最常见的创伤并发症，已成为创伤护理的主要挑战。为此，杨静和团队研发了新型智能传感敷料，实现了慢性伤口的多项指标实时监测与区分，并能有效促进慢性伤口（如压疮、糖尿病伤口）的愈合。

　　杨静解释，智能敷料就好比将能感受血糖变化的血糖仪贴在皮肤表面一样，当智能敷料与人体皮肤上的伤口接触后，会及时反映伤口的严重情况、有无炎症，甚至可以知晓愈合的程度。“智能敷料把皮肤的各种指标量化了，是糖尿病患者、因长期瘫痪生压疮病人的福音。”

　　专注仿皮肤传感材料的制造与研究多年来，杨静实现了多项突破，但她仍说自己只是个“土博士”。尽管没有海外学习经历，但杨静的研究从不是闭门造车，她一直保持世界眼光和国际视野，经常与国际伙伴开展交流与合作，书写更多关于仿皮肤材料的故事。

做言传身教的师者

　　如今，在天津大学任职，杨静时刻牢记母校“实事求是”的校训，把学校的优良传统、严谨学风、务实作风带到自己的科研岗位，融入自身的工作与教学中。

　　科研工作中，杨静和学生之间永远是相互尊重、平等相待的关系。日常教学中，她秉持了博士导师张雷教授的教学风格，很“接地气”，擅长从身边的人或事入手，以学生易懂的知识来引导学生进一步学习新知识，这也使得上过她课的学生对知识的掌握更加牢固，在推动仿皮肤传感材料的创新和可持续发展方面越来越有自己的体会与感悟。而在平时实验过程中，杨静也很乐意听取大家的想法，他们以实验室和平台作为载体，坚持做有现实意义的研究，进一步推动学科建设，既使学科建设有了看得见摸得着的实施对象,又符合天津大学“实事求是”的特点。

　　杨静将科研的历程比作跑步，本科时期只需完成固定流程，坚持跑完即是胜利；而硕士就得在一个框架内完成既定的公里，如何跑、怎么跑都得靠自己来设想；到了博士，则完全变成了开放式的，所有的流程可能都需要自己来探索、设计。“博士阶段，基本上是一只脚已经踏进社会了，不能再停留于本科时的想法和做法了。”杨静在教学中总是恰到好处地运用一些形象生动的比喻，这种“接地气”的比喻式教学，也使她更善于发现学生的问题并引导学生及时纠正，为准确掌握学生心理动态打下了坚实的基础。

　　虽自嘲为“土博士”，但杨静实则“科技范儿”十足，这也在一定程度上更拉近了与学生之间的距离。“国内外的教学环境和方法差异还是挺大的。”很多时候，学生懒惰的心理、规避困难的情绪，经历过同样求学过程的杨静都深有体会，也更能帮助学生找到适度转移的方法。因此，除了重视学生掌握知识的效果外，杨静还特别重视发展学生的心理健康，不只是将重心放在课本上，而是培养学生自学、独立解决问题的能力，让大家自由地发展，找到最适合自己的研究路线。

做勇敢的自己

　　科研和教学之外，作为一名女性科研工作者，杨静也不可避免地面临着一些现实困境。“可以说不仅是女性科研工作者，所有女性工作者可能都面临平衡工作与家庭的问题。这看起来是个很‘贴标签’的问题，但事实就是这样，女性因为生育等原因，就是比男性承担了更多家庭工作。”

　　在硕士、博士阶段，杨静分别生育了自己的两个孩子，这也让她一度疲于分身。她所能做的就是提升自己的工作效率，也因此多年来，她始终保持着极高的工作效率，挤出时间陪伴孩子的成长。她说：“我很感谢国家近年来出台了很多政策，在许多人才评选中女性的年龄都会放宽两三岁，这给了女性科研工作者很大的照顾和支持。我也很感谢我的家人始终在背后支撑着我，让我实现了工作与家庭的平衡。”

　　不被“标签”所束缚，也敢于直面真实的困境，杨静面对各种问题始终从容而理性。她鼓励所有女性科研工作者不要放弃追逐梦想，也不必因为追逐梦想而牺牲家庭，“我们都是普通的科研人员，也是普通的母亲。我们会为科研的难题而苦思冥想，也会为孩子的功课而头疼发狂。去勇敢面对，解决问题，寻求家人的帮助，都能帮助我们走出困境”。