如何做學問

這一陣子，學生們請我加入了數個微信群，一些老朋友也拉我進了幾個不同學術主題的Line群。剛加入新社群，許多人對我跨幾個不同知識領域的背景很好奇，不少人問過我該如何做學問？

新的讀者不一定了解我的背景，我得先解釋一下。我大學唸物理，是台灣教育部特別徵選出來的基礎科學培訓學生，不需要考聯考，直接保送台大物理系就讀，並領有國家級獎學金。大學時期已研讀過許多博士等級的物理書籍，大三暑假被送到哈佛大學學習一個暑假。大學畢業前，為哈佛大學應用物理研究所以全額獎學金（Fellowship）邀請入學就讀。不過，我決定碩博士改唸電機工程，世界排名第一的史丹佛大學電機工程學研究所也以優渥的全額獎學金邀請入學。那時我從積體電路元件、製程、硬件、軟件、系統設計、研究到無線通訊，四年多內拿到碩士及博士，其中一年多還同時在科技公司擔任全職工程師。史丹佛大學幫我申請了一項重要的專利，我後來以該項專利創辦了我第一家高科技公司。為了加強我在金融及管理方面的能力，開創公司之餘，同時進入加州大學柏克萊分校的哈斯商學院唸MBA。那是世界頂尖的商學院，而所有核心課程中，教授們大概都知道有我這號人物。在高科技管理及投資中奔走多年後，遇到了中醫經方泰斗倪海厦老師，再度延伸我的知識領域，進入中醫的殿堂，而倪老師傳承的託付及我個人大量急重症的病例，代表我在中醫上有一定的實力。有這樣跨領域的背景，做學問這件事，我應該算是挺厲害的，而熟識我的人幾乎也都一致認同這點。

回到主題，如何做學問，或者應該說如何做好學問，這裡是基本的五項大綱：

（1）態度：既然是學習新的知識，自然得先把自己原本的知識及成見放在旁邊，如果不把心中的杯子清空，又如何能裝入新的水呢？這並不是說你原本的觀點不正確或沒有用，而是不要在學習新知識沒有達到一定程度時，以舊的知識去判斷新的知識，不然你為什麼要學習這個新的知識？存疑和否定是不一樣的，當新舊知識有衝突時，不要急著做判斷，把那些疑點擺在腦海中某個位置，以後需要解決真實的問題時，會有許多機會來嘗試及比較不同的觀點。放空是學習的第一步，如果你的態度是高高掛上自己原有的觀念，那你注定很難深入了解新的知識。

（2）格局：一門學問之所以為學問，是因為有其整體的系統，而不是這裡一個小伎倆、那裡一個小伎倆。學習一門學問，必須把格局放大，著眼整個系統思維及架構。舉個例來說，學習中醫的微信群裡，很多人偏重在這個藥方解哪個症狀、那個穴位止哪個疼痛，遇到一個病症就急忙想知道有什麼簡單快速的解答，聽到別人問個什麼病症，也急忙告訴人家什麼簡單快速的解答。也有許多人花很多時間閱讀及轉發網路上那些吃什麼東西、做什麼小動作就能長命百歲的極簡文，其實，那都只是在消磨時間，看再多也沒有什麼意義。「奴、徒、工、匠、師、家、聖」，如果你學習的格局擺在「奴、徒、工」，你一輩子也不會成為「師、家、聖」。

（3）專注：我記得多年前學習量子物理時，物理系許多的同學們都希望能學好這門深奧的學問，他們買了很多本量子物理的書籍，認為交叉學習更能學好。而我還是堅持一直以來的學習方法，找一本適合自己的書，從封面到封底，一字不漏地慢慢看完，有任何不明白的地方，絕對不翻頁，連作者在序文中感謝誰、印書是第幾版第幾刷，我都知道。不用說也猜得到，當年我量子物理學習地非常好，而這麼多年來，我量子物理的功力依然存在，上次在一個微信群內講解中醫時，同時也在另一個Line群裡和好幾位物理學教授討論時間在量子物理及廣義相對論中的差異、時間可逆性與否的不同觀點等等。學習一門學問，就好像學習空手道，入門的黑帶都還沒拿到，擂台賽也還沒打過幾次，就不要急著加上跆拳道的腳、合氣道的手腕等。專注是深入一門學問必要的途徑。

（4）嚴謹：學問，不同於一般生活上的小知識，必須有嚴謹的思維邏輯。如果做學問不能嚴謹，就只是零零散散的點，連結不成一條線、一個面。拿中醫做例子，中醫最被人詬病的地方就是不嚴謹，絕大多數網路上流傳的中醫文章，最多只能和「一天喝幾杯咖啡比較好」的文章相比，非常的不嚴謹。我參加過很多大型中醫研討會，也和很多所謂的中醫名家交流過，很可惜，無論是教學內容、研究細節、臨床病例，都很少能達到主流科學嚴謹的標準，這也導致目前整個中醫界嚴重缺乏嚴謹的態度，大多流為「告訴你這樣就這樣」，以及非常多的誇大宣傳，病人和中醫學生也習慣這樣的風氣。學習一門學問時，嚴謹的思維可能會讓你覺得怎麼比別人學習得慢許多，人家都已經引經據典地說這說那，你還在探討很基本的東西。然而，沒有了嚴謹的思維，整個學習搭建在一盤散沙上，一切遲早會流為幻影。

（5）實踐：任何一門學問，少了大量的實踐及真實的反饋，那就只是哲學性質的討論，甚至是清談。再拿中醫做例子，許多人沒治癒過多少病人，從古書中看到了某個方劑及病例，或者用了個簡單的方法幫助過一兩位家人，就以為那就是答案了。如果一門學問就這麼簡單，那為什麼還需要學習？遇到什麼問題，上網搜尋一下不就得了？而實踐也不是死板地重複同樣的方法，如果你以前的做法到了某個程度就卡住了，那你用同樣的方法再做多少次，也不會突破原本的困境。「學而不思則罔，思而不學則殆」，這個「思」不僅僅是頭腦裡的思考，更是從大量實踐得到反饋的深入檢討。

態度、格局、專注、嚴謹、實踐，這五項做好了，無論在哪門學問上，你都可能成為「師、家、聖」，少了任何一項，你注定停留在「奴、徒、工」。

#當張仲景遇上史丹佛
(http://andylee.pro/wp/?p=9629)

人工肌肉重大突破登上《Science》，多國科學家聯合實現全新驅動機理

作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 11 日 0:00 |

2021 年，機器人已經「成精」了，公然吵架、組團熱舞再也不是人類專屬。在許多人心裡，機器人還是僵硬、機械甚至冰冷，即便如此，技術日新月異，柔性機器人快速發展，我們對機器人的刻板印象也該打破了。

科學家設計的軟體機器人外形可謂五花八門，比如：

磁場驅動的軟體機器人，看上去像花瓣。

會奔跑、能游泳、能舉重物的「小獵豹」。

可用於軍事行動的隧道快速挖掘機器人。

其實，軟體機器人的設計往往與一種智慧材料有關：人工肌肉。最近這領域中國科學家聯合美、韓、澳等多國學者有了新突破。

相比傳統人工肌肉，這次設計出的人工肌肉有無毒、驅動頻率高（10Hz）、驅動電壓低（1V）、高比能量（0.73~3.5J/g）、高驅動應變（3.85~18.6%）、高能量密度（高達 8.17W/g）特性。

奈米碳管線為何物？

2021 年 1 月 29 日，題為「Unipolar-Stroke, Electroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles」（單極衝程、電滲泵奈米碳管線肌肉）的論文發表於著名學術期刊《科學》（Science）。

論文出自哈爾濱工業大學（複合材料與結構研究所）、江蘇大學（智慧柔性機電研究所）、常州大學（江蘇省光伏科學與工程協同創新中心）、美國德州大學達拉斯分校、伊利諾大學厄巴納香檳分校、南韓漢陽大學、首爾大學、澳洲臥龍崗大學、迪肯大學等團隊。

論文題目有個看起來高深的詞「奈米碳管線」（Carbon nanotube yarns）。談研究細節前，先來解決一個問題：奈米碳管線為何物？

奈米碳管線源自奈米碳管，這是具特殊結構的一維量子材料，徑向尺寸為奈米量級、軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本都有封口。外形上，它是由呈六邊形排列的碳原子構成的數層同軸圓管，層與層之間的固定距離約 0.34 奈米，而圓管的直徑一般為 2~20 奈米。

據了解，奈米碳管為一維奈米材料，重量輕、有完美連接結構，因此有獨特力學、電學、化學性能。基於這些特性，奈米碳管線也應運而生。據字面意思可知，這是透過拉伸和鬆弛、碳基奈米管纖維製成的緊密絞合線。

不同於普通線，奈米碳管線其實是種超導體，還可當電池使用。早在 2011 年，德州大學就與美國企業展開合作，致力將奈米碳管線推向市場。

2017 年，德州大學達拉斯分校又研製出名為 Twistron 的奈米碳管線。

研究團隊的李娜博士受訪時表示：

這些線本質上是種超級電容器，但無需外加電源充電。因奈米碳管與電解質的化學電勢不同，當線浸入電解質時，一部分電荷會嵌入。線拉伸時，體積減小，使電荷相互靠近，電荷產生的電壓增高，從而獲得電能。

2014~2016 年，哈爾濱工業大學博士生楚合濤至德州大學達拉斯分校接受訓練，正是自那時起，哈爾濱工業大學冷勁松教授課題組與德州大學達拉斯分校 Ray H. Baughman 教授課題組，開始了有關奈米碳管線人工肌肉的研究。

這次正是博士畢業生的楚合濤為論文共同作者之研究。

人工肌肉性能達到新突破

那麼，奈米碳管線和人工肌肉之間，又有什麼關係？

論文介紹，滲透離子（不論正負）會影響著長度、直徑的變化，因此奈米碳管線可用作電化學致動器。據悉，奈米碳管線人工肌肉是典型的智慧材料，主要透過熱、電化學兩種方式驅動，兩種驅動方式有差別。

根據熱力學定律，熱驅動受卡諾循環效率（Circulation efficiency in Kano，一高溫熱源溫度 T1 和一低溫熱源溫度 T2 的簡單循環）制約──比電化學驅動能量轉換效率更高，有更廣闊的應用前景。

基於這點，研究團隊構建全固態肌肉（all-solid-state muscle）。透過向線滲透帶電聚合物，纖維開始部分膨脹，隨著離子損失長度會增加，增加肌肉的總衝程。

哈爾濱工業大學表示，研究人員首次發現透過聚電解質功能化的策略，可達成人工肌肉智慧材料的「雙極」（Bipolar）驅動轉變為「單極」（Unipolar）驅動（如下圖），同時發現人工肌肉隨電容降低、驅動性能增強的反常現象（Scan Rate Enhanced Stroke，SRES）。

研究人員發現這些效果：

做到單一離子嵌入、嵌出的「單極」效應，解決「雙極」效應反向離子的嵌入、嵌出引起的性能降低問題，提高工作效率與能量密度等性能；

人工肌肉隨掃描速率增加，驅動性能增加，解決了傳統人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題。

哈爾濱工業大學認為：

此重要突破解決了人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題，為後續設計具有無毒、低驅動電壓的高性能驅動器提供新的理論基礎。

值得一提的是，此突破在空間展開結構、仿生撲翼飛行器、可變形飛行器、水下機器人、柔性機器人、可穿戴外骨骼、醫療機器人等領域有巨大的應用潛力。

關於作者

早在 1990 年代初，哈爾濱工業大學複合材料與結構研究所就確立智慧材料與結構的研究方向。哈工大在這領域的探索離不開一個名字──冷勁松。

冷勁松畢業於哈爾濱工業大學複合材料專業，2004 年起擔任哈工大航天學院複合材料與結構研究所教授、博班導師。

1992 年起，冷勁松就開始開展智慧材料系統和結構的研究，主要研究方向包括智慧材料系統和結構系統、光纖傳感器、結構健康監控、複合材料結構設計和工藝技術、可變翼飛行器、結構振動主動控制、光纖通訊和微波光電子器件、微機電系統等等。

另外，冷勁松也在 International Journal of Smart & Nano Materials 擔任主編，《Smart Materials & Structures》和《Journal of Intelligent Material Systems and Structures》等國際雜誌擔任副主編。2006 年入選中國教育部新世紀優秀人才計劃，2007 年入選長江學者特聘教授，2018 年當選歐洲科學院物理與工程學部外籍院士（Members of the Academia Europaea）。

論文通訊作者之一正是冷勁松。

2020 年 3 月 4 日，冷勁松教授團隊與美國馬里蘭大學 Norman M. Wereley 教授團隊的共同研究成果發表於國際著名期刊《Soft Robotics》，展示受象鼻啟發、可伸展／收縮的氣動人工肌肉基礎上設計的新型彎曲螺旋可伸展／收縮氣動人工肌肉（HE-PAMs / HC-PAMs）。

這次研究，將使團隊在人工肌肉方面的探索更深入。

資料來源：https://technews.tw/2021/02/11/unipolar-stroke-electroosmotic-pump-carbon-nanotube-yarn-muscles/

三層電路貼在皮膚上，延展度 800%！這款「電子刺青」還能控制機器手

作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 12 日 0:00 |

聽過「電子紋身」（Electronic Tattoo）嗎？早在 2013 年，Motorola 高級副總裁 Regina Dugan 就曾拿出看似普通紋身貼紙的產品。Regina Dugan 表示這款電子紋身是行動式智慧設備，可惜並未多展示充滿未來感的那面。

2016 年 YouTube 一支影片，幾位生物駭客展示將電子設備植入皮下的過程──設備差不多硬幣大小，由一個印刷電路板、5 個表面貼裝發光二極管（SMD LED）組成，由矽膠包裹，一塊 3 伏特電池供電。

設備植入並受磁鐵觸發後，LED 燈會發光，皮膚會出現一朵梅花。

如果你覺得電子紋身只是廠商炒概念、科學怪人開腦洞，那就錯了。

2018 年，美國卡內基美隆大學的科學家就將電子紋身寫進論文，用液態金屬合金塗覆銀奈米顆粒，兩者融合後形成電路，經過印刷，紋身就可輕鬆轉移到皮膚，且導電性也很高。

當時參與研究的卡內基美隆大學助理教授 Carmel Majidi 表示：這是電子印刷領域的突破。

就在最近，中國科學家也聯合打造出電子紋身。

2021 年 1 月 13 日，論文發表於《科學》雜誌子刊《科學─進展》，題為「Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect」（可實現摺痕放大效果的多層電子傳遞紋身）。

論文作者來自南方科技大學（深圳灣實驗室生物醫學工程研究所）、首都醫科大學生物醫學工程學院及中國科學院大學國家奈米科學技術中心。

什麼是「電子紋身」？

看過前文，大概能對電子紋身下個定義：「能直接貼在皮膚上的超薄電路」。電子紋身可隨著皮膚狀態任意拉伸彎曲，可說是穿戴式設備的最高境界了。運作原理是 NFC（Near Field Communication，近距離無線通訊），能讓設備靠近時交換數據的技術。

NFC 是在 RFID（無線射頻身分辨識）技術的基礎上結合無線連接技術研發而成，日常場景也為各類電子產品提供安全快捷的通訊支援。行動支付、文件傳輸、門禁、手機與車鑰匙集合的背後，都離不開 NFC──轉到電子紋身，NFC 可確保訊號傳遞。

其實電子紋身有很多用途，如耳機、無線收發器、電源、噪音檢測器、測謊儀等等。作者也提到：「電子紋身在皮膚健康和運動感測有很大潛力。」

然而電子紋身目前問題是：固形性、黏性和多層性等特性不能並存，是研究人員設計新型電子紋身的起因。

多層電子傳遞紋身

研究人員設計出「多層電子傳遞紋身」，即 multilayered electronic transfer tattoo（下稱 METT）。

為了組成多層電路模板，科學家用到兩種材料，一是金屬聚合物導體（metal-polymer conductors），二是彈性體嵌段共聚物（elastomeric block copolymer）。

METT 共有 3 層：

黏合層（adhesive layer）：很薄（~8μm）的壓敏膠，受外部壓力時，黏合層使 METT 與皮膚緊密附著。

釋放層（release layer）：矽酮膜，主要目的是便於電路模板從釋放膜剝離。

兩者間的電路模組：含 3 層電路，每層都嵌有可拉伸導體的聚苯乙烯─丁二烯─苯乙烯（SBS）薄膜（~14μm）。

第一、二層電路上有應變感測器，數量分別為 11 和 4，第三層電路上有一個加熱器。

由於金屬─聚合物導體（metal-polymer conductor）有良好延展、可重複性，因此可用作應變感測器。

如下圖 A、B 所示，基於金屬─聚合物導體的應變感測器電阻，隨著拉伸應變增加而增加，METT 甚至可容易拉伸到 800%，遠遠超過皮膚最大變形度。

METT 可用於溫度調節、運動監測和機器人遠端控制，具高延展性（800%）、固形性和黏性，可做到摺痕放大效果，因而能將聚集應變感測器的輸出訊號放大 3 倍。事實證明，無需任何溶劑或加熱，METT 就能在不同表面牢牢附著。

遠端控制機器手臂

不僅如此，為了展示新型電子紋身的可擴展性，科學家更製造出 7 層 METT，當成可拉伸加熱器。

上圖 A 是 7 層加熱器俯視圖，每個電路層都包含一個基於金屬─聚合物導體的加熱器，兩端有 2 個連接點，用於與其他層加熱器形成垂直電連接。因此，7 個加熱器就以串聯方式連接電源。

上圖 B 展示不同層基於金屬─聚合物導體的加熱器，透過連接點形成的電連接。

論文介紹，除連接點外，金屬─聚合物導體透過 SBS 形成良好電絕緣，熱成像時未發現短路。研究結論之一是，隨著層數增加，紋身的順應性隨厚度增加而降低，兩層電子紋身足以滿足大多數功能。

科學家將 METT 實際應用──透過手指彎曲發出的訊號放大，透過藍牙傳輸到機器手臂，因此 METT 能遠端控制機器手臂，模仿人手動作時也不會出現異常震動。

論文表示，團隊已透過 2 層 METT 做到以 6 個自由度遠端控制機器手，透過 3 層 METT 以 15 個自由度遠端控制機器手。

可肯定的是，未來電子紋身在醫療、VR 和可穿戴式機器人方面有巨大潛力。

附圖：▲ 蘋果手機上的 NFC 功能。
▲ 科學家測試 METT 應變感測器的機電性能。

資料來源：https://technews.tw/2021/02/12/multilayered-electronic-transfer-tattoo/