迷茫，非常的迷茫……漆方杰未曾料到，讀博遇到的第一道坎，竟是自己的精神內(nèi)耗。
剛進(jìn)入美國北卡羅來納州立大學(xué)，在機(jī)械航空系副教授尹杰課題組的最初半年里，他不知道該干嘛，對課題也沒什么想法，成為了實(shí)驗(yàn)室里最晚去、最早走的“摸魚人”。但他對科研仍心存熱愛，且遠(yuǎn)赴大洋彼岸一心求學(xué)的初心也不允許這種狀態(tài)持續(xù)，于是他逼著自己做出改變，靠夜以繼日地做實(shí)驗(yàn)填補(bǔ)內(nèi)心的迷茫，從而走出“牢籠”。
逐漸地，他在兩年的自我淬煉中脫胎換骨，找到了讀博的真正意義，并在1月9日收獲了人生中第一篇PNAS論文——在尹杰的帶領(lǐng)下，研發(fā)出一種能像輪胎一樣滾動(dòng)、像陀螺一樣旋轉(zhuǎn)、像衛(wèi)星一樣繞軌道運(yùn)行的新型軟體機(jī)器人。
漆方杰（左）與尹杰（右）
用物理智能控制機(jī)器人行為
靠人工或計(jì)算機(jī)控制行為能力的機(jī)器人，往往需要電源、控制系統(tǒng)、傳感器等，這也使得這類機(jī)器人在性能上會(huì)有所受限，無法做得很軟。
一直以來，尹杰帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)熱衷于研究軟體機(jī)器人，他認(rèn)為這是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，柔軟的特性具有很大的開發(fā)潛力。為了擺脫常規(guī)機(jī)器人在操控上的人為限制，他們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料上下了大功夫。
“我們這款軟體機(jī)器人由帶狀液晶彈性體制成，像麻花一樣扭曲，把兩端粘在一起，形成一個(gè)類似手鐲的圓環(huán)。當(dāng)它被放置在55攝氏度的物體表面時(shí)，就會(huì)自主地滾動(dòng)，表面溫度越高，機(jī)器人滾動(dòng)的速度就越快。”論文通訊作者尹杰在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)介紹。
在發(fā)熱平板上，液晶彈性體機(jī)器人通過吸收熱量，自發(fā)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)以及公轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)
有趣的是，該機(jī)器人能產(chǎn)生三種運(yùn)動(dòng)：第一種是從里往外翻轉(zhuǎn)；第二種是能沿著自己的圓心自轉(zhuǎn)；第三種是圍著環(huán)外的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，就像行星公轉(zhuǎn)一樣。
這項(xiàng)研究的一大亮點(diǎn)是動(dòng)力來源不同。這款軟體機(jī)器人是由物理智能控制行為，這意味著它們的行為是由其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料決定的，而不是由計(jì)算機(jī)或人類干預(yù)來決定。
“它們能從環(huán)境中捕捉熱能，然后把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，也就是說它們不需要電池就能自主運(yùn)動(dòng)。”尹杰說。
當(dāng)采用熒光涂料附于機(jī)器人上時(shí)，即便在黑暗的環(huán)境中，該機(jī)器人可以完成對未知形狀的探索
“這款軟體機(jī)器人還可以像螞蟻一樣貼著物體的邊緣走。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論它被放到正方形還是三角形的空間里，它都能夠找到邊緣，并沿著邊緣運(yùn)動(dòng)，繪制出空間的輪廓。它還可以識別邊緣上的缺口或損壞。”論文第一作者漆方杰在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。
“這種功能對于幫助我們導(dǎo)航或繪制未知環(huán)境的地圖非常有用。而且由于體軟、耐熱等特性，它可以替代硬型機(jī)器人到高溫環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。”漆方杰指出。
投稿歷經(jīng)曲折，與PNAS再續(xù)前緣
早在兩年前，尹杰團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)有一篇關(guān)于“螺絲粉”（即Rotini：條螺旋狀的意大利面）機(jī)器人的論文發(fā)表在PNAS上。所以這次，他們打算沖一下Nature。
然而，最強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新性的Nature雜志給他們“吃了閉門羹”，Nature編輯認(rèn)為這次的新型軟體機(jī)器人與上一個(gè)“螺絲粉”機(jī)器人沒有太大區(qū)別。
雖然使用的材料與“螺絲粉”機(jī)器人一樣，都由液晶彈性體制成，但尹杰認(rèn)為這次成果的最大賣點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。“因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，使得軟體機(jī)器人的所有行為都發(fā)生了改變，形成機(jī)理也完全不一樣。它就是一個(gè)新的東西！”
為了更好地介紹這款機(jī)器人以及背后的機(jī)制原理，他們刪刪改改，前前后后折騰了很長時(shí)間，精心“打造”出長達(dá)4000多字的文章。抱著再試一試的心態(tài)，他們把文章轉(zhuǎn)投給Science。
Science的編輯認(rèn)為這項(xiàng)研究的確非常有意思，但提出了兩個(gè)問題：一是嫌文章太長，字?jǐn)?shù)太多；二是對于為什么叫軟體機(jī)器人的解釋，編輯未能被說服。沒有被秒拒，也就還有爭取的余地，只要按照編輯的問題細(xì)改，發(fā)表也許指日可待。
在改文章或者改投其他期刊間反復(fù)糾結(jié)了很多次后，為保險(xiǎn)起見，他們最終還是決定投給PNAS。“雖然很想再堅(jiān)持一下，但做科研最崩潰的就是自己的idea被其他課題組搶先發(fā)表。而這項(xiàng)工作已經(jīng)做了很久，我們怕這個(gè)idea很快會(huì)被其他同行想到。”尹杰說。
這篇文章中介紹軟體機(jī)器人的一種全新的、周期性的運(yùn)動(dòng)模式，受到了PNAS所有審稿人的肯定，審稿過程很順利，只經(jīng)歷了一輪便輕松過關(guān)。
“雖然投Nature和Science都失敗了，但也有一定的好處，根據(jù)這兩個(gè)雜志的編輯給出的意見，我們的確對文章做了雕琢，把這款軟體機(jī)器人的介紹、不同點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)講述得更加明白。這也讓我們的研究能更完美地展示出來，文章成了‘螺絲粉’機(jī)器人那篇PNAS論文的姊妹篇。”尹杰表示。
“科研讓我變得很幸運(yùn)”
漆方杰
在安徽合肥工業(yè)大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)讀本科時(shí)，漆方杰就對科研萌生了興趣。因?yàn)橄矚g動(dòng)手做研究，也想在工程領(lǐng)域增長見識，他選擇出國繼續(xù)深造。
在擇校時(shí)，漆方杰有自己的一套想法。“我就認(rèn)準(zhǔn)大城市的高校，因?yàn)榇蟪鞘欣锊还馍畋憷匾氖怯泻芏嘀圃鞓I(yè)的展覽會(huì)，我可以在那里接觸到最先進(jìn)的工業(yè)設(shè)備、儀器，這種機(jī)會(huì)對日后的科研肯定大有裨益。”
最終在收到的眾多offer中，他選定了坐落在美國洛杉磯的南加州大學(xué)，所學(xué)專業(yè)為制造工程，主攻3D打印方向。
起初，漆方杰認(rèn)為制造工程讀到碩士就可以了，畢業(yè)后應(yīng)該去企業(yè)。但他對科研的喜愛之情日漸濃厚，決定繼續(xù)讀博。他一眼便相中了尹杰課題組，也成了本科同學(xué)里為數(shù)不多讀博的人。
尹杰
“尹老師團(tuán)隊(duì)做的軟體機(jī)器人簡直太酷了！這對我們這種還停留在傳統(tǒng)機(jī)器人認(rèn)知層面的人來說，覺得很神奇。”漆方杰剛進(jìn)課題組時(shí)，正值“螺絲粉”機(jī)器人的研發(fā)工作進(jìn)行中。
但他憧憬的科研生活與現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生了割裂。以往他做的工作都非常工程化，為了得到一個(gè)結(jié)果不停地試驗(yàn)、不停地調(diào)整，直到得出最好的結(jié)果。漆方杰早已習(xí)慣這種以結(jié)果為導(dǎo)向的研究方式，而尹杰課題組是由現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)進(jìn)行研究。
兩種截然不同的方式產(chǎn)生的沖突，讓漆方杰舉步維艱。當(dāng)他接到這個(gè)課題時(shí)，起初兩眼一抹黑，根本不知道從何著手。“雖然與前一種軟體機(jī)器人用的是同一種材料，但尹老師并沒對我有任何的任務(wù)要求，而是讓我盡可能地試試看。”
習(xí)慣于以前的導(dǎo)師指哪兒打哪兒的“死板”指揮，漆方杰未能形成自主思考的能力。“雖然學(xué)的是機(jī)械工程專業(yè)，但感覺非常不工程，反而偏向科學(xué)研究，需要自發(fā)性探索一些事情。所以一開始我真的非常迷茫，也很痛苦，是課題組里每天最晚到、最早走的，科研毫無頭緒，但內(nèi)心又非常想做出點(diǎn)什么。”
這種無序內(nèi)耗的狀態(tài)持續(xù)了半年之久，他意識到必須做出改變。同組的師兄師弟給了他很多實(shí)用的建議，比如一定要邁過心中的郁結(jié)，努力去嘗試做實(shí)驗(yàn)。于是，漆方杰就像上了發(fā)條一樣，逼著自己有勁兒就往實(shí)驗(yàn)上使。
就這樣做著做著，原本條狀的機(jī)器人，被他設(shè)計(jì)成了一個(gè)環(huán)狀，就像打開了新世界的大門，一切的現(xiàn)象、原理、機(jī)制都發(fā)生了翻天覆地的改變。他也成功蹚過“低谷期”，走上了正軌。尹杰自由、開放式的引導(dǎo)，給了漆方杰更高的自由度、更寬廣的發(fā)揮空間，因而進(jìn)步神速。
他不再是提早下班的“摸魚人”，而是具備獨(dú)立思考和執(zhí)行能力的科研人。就像尹杰常對學(xué)生說的那樣：“你們不是來給我干活，你們是給自己干活。”有了為自己熱愛的科研而努力的內(nèi)驅(qū)動(dòng)力，漆方杰也找到了讀博真正的意義。
“前面的過程越痛苦，后面做出成果后就越幸福！”漆方杰表示，科研讓自己變得很“幸運(yùn)”，因?yàn)槊堪l(fā)現(xiàn)一個(gè)新奇的現(xiàn)象，很可能你就是全世界第一個(gè)看到這個(gè)現(xiàn)象的人，這種幸福感無可替代。
論文鏈接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312680121
*本文圖片均由受訪者提供
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