創(chuàng)新的腳步永不停歇

文／本刊記者 孫宏波

他是一位年輕的科學(xué)家：25 歲就參與組建出了我國(guó)第一套納米操作機(jī)器人系統(tǒng)；31 歲獲得“IEEE 機(jī)器人與自動(dòng)化學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)”；34 歲獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)青項(xiàng)目支持；37 歲獲得“中國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域年度人物”稱(chēng)號(hào)；39 歲獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委杰青項(xiàng)目支持；如今剛滿(mǎn)41 歲，已率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在微納機(jī)器人和類(lèi)生命機(jī)器人領(lǐng)域取得多項(xiàng)研究成果，引起國(guó)內(nèi)外媒體和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注……他，就是劉連慶。

從中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研究生、副研究員、研究員、博士生導(dǎo)師，到類(lèi)生命機(jī)器人交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、機(jī)器人學(xué)研究室副主任、機(jī)器人學(xué)研究室主任，劉連慶一路走來(lái)，不斷拼搏、不斷攀登、不斷突破，以開(kāi)拓創(chuàng)新和實(shí)干擔(dān)當(dāng)踐行著科技強(qiáng)國(guó)中國(guó)夢(mèng)。

敢為人先，勇于創(chuàng)新 他是類(lèi)生命機(jī)器人領(lǐng)域的開(kāi)拓者

2002 年，劉連慶從鄭州大學(xué)畢業(yè)后，懷揣著“科技強(qiáng)國(guó)”夢(mèng)想，考入中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所讀研究生。當(dāng)時(shí)，研究所剛開(kāi)辟出一個(gè)與納米相關(guān)的前沿方向，就是基于機(jī)器人的理念，研究一種能夠精確操作分子、原子的新型機(jī)電系統(tǒng)——納米操作機(jī)器人。在導(dǎo)師的引導(dǎo)下，劉連慶很快投入到這項(xiàng)具有開(kāi)拓性的科研工作中。

“這是機(jī)器人領(lǐng)域的全新方向，可供借鑒的資料和研究數(shù)據(jù)很少，一切都要從零開(kāi)始?！闭勂甬?dāng)年的情景，劉連慶頗有感觸。他年節(jié)無(wú)休埋頭在實(shí)驗(yàn)中，為了一個(gè)數(shù)據(jù)，連續(xù)幾天幾夜奮戰(zhàn)在實(shí)驗(yàn)室都是常事。經(jīng)過(guò)不懈努力，2005 年，劉連慶參與組建出了我國(guó)第一套納米操作機(jī)器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“讓看不見(jiàn)的看得到、讓摸不到的摸得著”，在納米尺度下的系統(tǒng)建模方法、三維納觀力獲取與感知、任務(wù)空間的實(shí)時(shí)反饋等方面取得很多突破，解決了長(zhǎng)期阻礙納米操作發(fā)展的難題。

“創(chuàng)新是第一動(dòng)力，科學(xué)研究必須不斷開(kāi)拓進(jìn)取，走出自己的創(chuàng)新之路?！眲⑦B慶意識(shí)到：多學(xué)科深度交叉融合是當(dāng)今科學(xué)界發(fā)展的大趨勢(shì)，更是機(jī)器人領(lǐng)域的重要指引方向。“傳統(tǒng)的機(jī)器人，本質(zhì)上仍然是機(jī)電系統(tǒng)，提升感知和驅(qū)動(dòng)等能力空間有限。而自然界卻能給人們無(wú)限的啟迪，生物體經(jīng)過(guò)數(shù)十億年的演變進(jìn)化，具有機(jī)電系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢(shì)?！眲⑦B慶說(shuō)。

“蒙上響尾蛇的眼睛，它依然可以精準(zhǔn)捕獲獵物，因?yàn)樗幸粋€(gè)特殊的結(jié)構(gòu)，能通過(guò)蛋白質(zhì)的折疊和離子通道的觸發(fā)感知紅外線(xiàn)?！闭勂疬@些，劉連慶眼中閃爍著光芒。

響尾蛇頰窩面積只有1 平方毫米，卻能覺(jué)察環(huán)境中0.001℃的溫度變化，從而靈敏地發(fā)現(xiàn)獵物。目前的商用紅外感知器件依靠電子躍遷進(jìn)行檢測(cè)，不僅需要大體積的冷卻系統(tǒng)輔助，而且很難達(dá)到響尾蛇的感知精度和頻譜寬度?！耙揽俊狻C(jī)、電’運(yùn)行的機(jī)械，無(wú)法模擬這種精巧的生物活性機(jī)制。那我們的出路在哪里？”劉連慶說(shuō)，“把生命系統(tǒng)融合進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)里！”

2011 年，劉連慶帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合國(guó)內(nèi)生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜议_(kāi)始了將生命體與傳統(tǒng)機(jī)器人有機(jī)結(jié)合的科研探索，為機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供創(chuàng)新性的思路，并創(chuàng)造出全新的機(jī)器人——類(lèi)生命機(jī)器人。

自概念提出以來(lái)，在10 年時(shí)間里，劉連慶帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)大膽創(chuàng)新，努力將類(lèi)生命機(jī)器人的科研線(xiàn)索理清、將任務(wù)分解、將目標(biāo)細(xì)化，艱難地取得了從無(wú)到有、從0 到1 的突破性進(jìn)展。為了推演類(lèi)生命基礎(chǔ)理論，他承受了跨學(xué)科學(xué)習(xí)知識(shí)的煎熬；為了完成復(fù)雜的細(xì)胞—機(jī)電融合實(shí)驗(yàn)，他犧牲了大部分節(jié)假日休息時(shí)間；為了申請(qǐng)項(xiàng)目和參加學(xué)術(shù)研討，他放棄了與家人團(tuán)聚的機(jī)會(huì)……

在劉連慶和團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，他們接連破解類(lèi)生命機(jī)器人觀測(cè)、操控、感知和驅(qū)動(dòng)技術(shù)難題，取得了一系列研究成果。

在觀測(cè)方面，研發(fā)出了微球超透鏡近場(chǎng)光學(xué)成像的新原理和新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了自然光照條件下動(dòng)態(tài)掃描50nm 的分辨率，使機(jī)器人具備了在納米尺度上對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)觀測(cè)的能力。在操控方面，研制出了基于光誘導(dǎo)電液動(dòng)力學(xué)的活體生物組織操控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光誘導(dǎo)介電泳的性能標(biāo)定與優(yōu)化，解決了生理環(huán)境下活性生物組織無(wú)損精確操控與制造的難題。在驅(qū)動(dòng)方面，找到了基于系統(tǒng)科學(xué)的細(xì)胞多維信息獲取方法，首次實(shí)現(xiàn)了從單分子到單細(xì)胞尺度的實(shí)時(shí)激勵(lì)與同步響應(yīng)獲取，解決了時(shí)變性活體生物細(xì)胞無(wú)法精確表征等難題。

一心堅(jiān)守，樂(lè)于奉獻(xiàn) 他帶出一支能打硬仗的團(tuán)隊(duì)

“搞科研需要長(zhǎng)時(shí)間的付出和投入，好的成果更需要時(shí)間的積累?！闭勂鹱隹蒲械目菰锱c艱辛，劉連慶深有感觸。

熟悉劉連慶的人都知道，他的工作日程很有規(guī)律：每天早晨8 點(diǎn)前到研究所，晚上8 點(diǎn)以后才回家。無(wú)論行政工作多忙，他都要抽空到實(shí)驗(yàn)室和團(tuán)隊(duì)成員們一起研究問(wèn)題或做實(shí)驗(yàn)。而他自己的生活卻很沒(méi)規(guī)律，忙起來(lái)更是饑一頓飽一頓。

由于長(zhǎng)期超負(fù)荷工作，飲食沒(méi)有規(guī)律，2011 年，劉連慶被查出患有腎結(jié)石，但他根本就沒(méi)放在心上。直到2016 年的一天，腎結(jié)石引起了積水，他疼得直不起腰來(lái)，才去醫(yī)院治療。醫(yī)生建議他立即手術(shù)，為了不影響工作，他忍著劇痛硬是堅(jiān)持了兩個(gè)月才在春節(jié)放假期間做了手術(shù)。即使在住院期間，劉連慶也沒(méi)讓自己閑著，他一邊治療一邊和醫(yī)生們討論機(jī)器人在醫(yī)療系統(tǒng)的應(yīng)用，并找到了用微納機(jī)器人治療腎病的研究方向。

作為研究室的黨支部書(shū)記，劉連慶深知：以身作則是最好的影響他人的方式。劉連慶用他的實(shí)際行動(dòng)帶出了一支樂(lè)于奉獻(xiàn)、能打硬仗的團(tuán)隊(duì)。

2020 年年初，新冠肺炎疫情暴發(fā)后，劉連慶所在支部黨員、研究員劉浩給多家醫(yī)院打電話(huà)，問(wèn)了同一個(gè)問(wèn)題：應(yīng)對(duì)疫情，你們需要什么樣的機(jī)器人？幾乎在同一時(shí)間，遠(yuǎn)在廣州的鐘南山團(tuán)隊(duì)提了一個(gè)具體需求：“我們需要一個(gè)能做咽拭子采樣的機(jī)器人?！痹谂c鐘南山團(tuán)隊(duì)達(dá)成合作意向后，在劉連慶的帶領(lǐng)下，劉浩立即和同事展開(kāi)科研攻關(guān)。在高強(qiáng)度推進(jìn)下，機(jī)器人做出來(lái)了?！澳懿荒艿结t(yī)院來(lái)調(diào)試？”廣州的醫(yī)生詢(xún)問(wèn)?！坝羞^(guò)猶豫，怕家里人擔(dān)心?！眲⒑铺钩校€是答應(yīng)下來(lái)，“既然做了，就要讓一線(xiàn)的醫(yī)生能用好。”2 月24 日，劉浩和同事從沈陽(yáng)飛往廣州，調(diào)試、磨合，2月28 日正式開(kāi)始受試者的檢測(cè)。一周后，臨床試驗(yàn)顯示，機(jī)器人咽拭子采樣一次成功率在95%以上。

2020 年8 月，飛行機(jī)器人團(tuán)隊(duì)赴青藏高原實(shí)施了首次高海拔冰川與湖泊機(jī)器人自動(dòng)化科學(xué)考察研究應(yīng)用。高寒缺氧環(huán)境，對(duì)科研人員的日常工作與生活都提出了巨大挑戰(zhàn)。面對(duì)困難，科研人員沒(méi)有絲毫退縮。他們每天搬運(yùn)20 公斤的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行校磁，更換調(diào)試無(wú)人機(jī)電池、載荷電池，完成科考飛行任務(wù)，工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10-12 小時(shí)。他們還多次往返位于拉薩的中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所、納木錯(cuò)科考站以及廓瓊崗日冰川等多地，完成了10 余項(xiàng)科考任務(wù)，取得了重要突破和進(jìn)展。

探索、攀登、創(chuàng)新、奉獻(xiàn)，在微納操控和類(lèi)生命機(jī)器人研究這條道路上，劉連慶走得穩(wěn)健有力?！皠?chuàng)新之路永無(wú)止境?！眲⑦B慶說(shuō)，“為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和世界科技強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)自己的全部力量，既是科研人員的使命和目標(biāo)，更是一名共產(chǎn)黨員的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)！”