陳海榮：探索納米機(jī)器人的未來

王艷敏

1959年，諾貝爾獎得主、理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼最早提出了納米技術(shù)，他曾設(shè)想未來納米級微型機(jī)器人將會用于治療人體疾病。1966年，科幻電影《奇妙旅程》（Fantastic?Voyage）講述了5名美國醫(yī)生被縮小至微米尺度，進(jìn)入病人體內(nèi)實施血管手術(shù)進(jìn)行治療的故事。費(fèi)曼的設(shè)想和科幻電影都寄托了人類將微納米機(jī)器人技術(shù)用于人類疾病診斷和治療的迫切渴望。

直到20世紀(jì)90年代，隨著半導(dǎo)體工業(yè)、微納米加工工藝的發(fā)展，微納米機(jī)器人才得以真正發(fā)展起來。目前，微納米機(jī)器人正在顛覆著生物醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展，但要真正實現(xiàn)在醫(yī)療場景的落地還有很多技術(shù)上的困難。寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院副教授陳海榮，面對微納機(jī)器人的技術(shù)困難，通過合成所需的新型功能材料和制作新型功能器件的方式，正在探索能夠讓微納米機(jī)器人真正實現(xiàn)落地應(yīng)用的方法。

得遇恩師

2005年秋天，陳海榮成了南京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的大一新生。為什么選擇飛行器設(shè)計與工程專業(yè)？他說因為這是南京航空航天大學(xué)最好的專業(yè)之一。大學(xué)4年，陳海榮過得平淡但充實。他的專業(yè)課成績很好;課余時間，他還擔(dān)任中山陵的導(dǎo)游，豐富著自己的人生閱歷。

在南京航空航天大學(xué)里，對陳海榮來說最重要的人一定是他當(dāng)時的導(dǎo)師——裘進(jìn)浩教授。正是因為參與了裘進(jìn)浩教授的國家自然科學(xué)基金面上項目，陳海榮得以踏入科研的大門，他的專業(yè)由飛行器設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ塘W(xué)，并在裘進(jìn)浩教授的影響下，開始了對智能材料與納米定位技術(shù)的研究。

裘進(jìn)浩教授教導(dǎo)學(xué)生的方式與眾不同。研究生期間，他放心大膽地讓陳海榮去買一臺十幾萬元的納米級定位平臺，“那個時候十幾萬算很貴的價格，就怕自己買錯了”。為此，陳海榮前后調(diào)研了整整半年的時間，充分了解了納米級定位平臺的機(jī)理、材質(zhì)、傳感器等，最終確定了購買的具體型號。“這件事情對我最大的影響就是，不管是研究的理論還是設(shè)備，都要充分地了解，這樣才能進(jìn)一步認(rèn)識研究領(lǐng)域。雖然一切從零開始，但收獲特別大，對我來說是一個非常好的研究訓(xùn)練?！?/p>

碩士畢業(yè)后，陳海榮進(jìn)入中國電力科學(xué)研究院所屬的新能源研究所工作，但工作一年半后，他發(fā)現(xiàn)自己最感興趣的還是不斷探索新的東西，而陳海榮首先想到的，就是讀博做研究?！拔铱紤]了大半年的時間決定辭職，最初父母不是很理解，我花了很大的力氣和他們解釋，后來他們都很支持我。”

下定決心要攻讀博士學(xué)位后，陳海榮開始認(rèn)真挑選自己感興趣的課題組，投遞簡歷。在裘進(jìn)浩教授的幫助下，陳海榮與日本信州大學(xué)的倪慶清教授取得了聯(lián)系，與其討論與商議后，決定前往日本信州大學(xué)攻讀博士學(xué)位，并在倪慶清教授的指導(dǎo)下，轉(zhuǎn)向了復(fù)合材料研究領(lǐng)域。陳海榮說起選擇材料方向的原因，碩士期間，他利用課題組做出的執(zhí)行器進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用研究，但由于他不懂材料，對執(zhí)行器的性能無法把控，這讓陳海榮感覺很被動。“比如說我懂材料，那么如果現(xiàn)在的材料性不能滿足我的研究要求，我就可以研發(fā)一種新的材料，做成我想要的器件，滿足我的實驗要求。”2015年春天，陳海榮前往日本信州大學(xué)，拉開新的研究序幕。

終有所成

剛?cè)ト毡緯r，陳海榮還不會說日語，好在課堂上主要用英語溝通交流，于是他在繁忙的課業(yè)之余抽時間學(xué)習(xí)日語，留學(xué)生活逐漸進(jìn)入了一種穩(wěn)定的狀態(tài)，但困難也隨之而來?！拔沂菣C(jī)械類專業(yè)出身的，對材料一竅不通，第一次合成復(fù)合材料花了大概兩個月，但最后什么也沒做出來，做了個寂寞?！标惡s調(diào)侃地說道。

因為之前沒有學(xué)過任何關(guān)于材料的知識，對陳海榮來說，一切都是從頭開始。于是他從網(wǎng)上搜索下載了各種英文或者中文的材料學(xué)視頻，開始瘋狂地補(bǔ)課。什么是高分子材料，怎樣溶解材料，有哪些有機(jī)溶劑，制備材料的溫度如何，攪拌的速度有什么影響，真空條件怎么做……陳海榮像海綿一樣吸入著各種各樣的材料知識?！霸诔浞至私庵?，我又開始了新一輪的材料制備，這次花了大概半年的時間，成功合成了復(fù)合材料?！笔斋@的成就感，陳海榮現(xiàn)在還能回憶起來。

在日本留學(xué)期間，陳海榮每年都會參加學(xué)術(shù)會議并作學(xué)術(shù)報告，如日本復(fù)合材料學(xué)會、亞洲—澳大利亞復(fù)合材料會議等。“我很樂意參加大型學(xué)術(shù)會議，這對研究人員的眼界和研究思路是很有幫助的，可以了解世界同行都在做什么，大家都在做什么樣的研究?！标惡s表示，雖然他與許多學(xué)者的研究方向不一樣，但對方的想法還是會對他的研究帶來啟發(fā)。

3年半的博士生涯一晃而過，陳海榮成長為了獨(dú)當(dāng)一面的科研工作者，他繼續(xù)留在信州大學(xué)從事博士后工作，擔(dān)任兼職講師。博士期間，陳海榮的研究主要集中在柔性智能復(fù)合材料、柔性微型器件上。他開發(fā)了具有雙重智能屬性的復(fù)合材料PZT/SMPU，這一材料形狀恢復(fù)率穩(wěn)定在94%以上，可以避免以往壓電復(fù)合材料分層，提高結(jié)構(gòu)適應(yīng)性;他與同事合作研發(fā)的PZT/SMPU智能織物，能夠?qū)⑷梭w活動的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，可為小型便攜式電子設(shè)備供電;他建立了形狀記憶復(fù)合材料的分子機(jī)理，揭示了其微觀機(jī)制無法解釋現(xiàn)象的原因，并通過實驗結(jié)果證明了這一分子機(jī)理的結(jié)論。除此之外，他還研究了一種柔性納米定位執(zhí)行器，可以防止生物物體在微/納米操作過程中受到剛性機(jī)械手（如探針）的機(jī)械損傷。

陳海榮在智能復(fù)合材料領(lǐng)域進(jìn)行了深入的探索，取得了不錯的成績，他想將所學(xué)回報給國家。盡管新冠肺炎疫情的蔓延讓陳海榮的歸途變得不太確定，但他沒有太多猶豫，立刻打點行裝，在2020年4月回到了闊別5年的祖國。

篤行致遠(yuǎn)

來到寧波大學(xué)，陳海榮對未來的規(guī)劃逐漸明晰。具體來說，為了進(jìn)一步深化研究，他將致力于制造自供能微/納米機(jī)器人和可穿戴裝備的研究。

“雖然如何為微/納米機(jī)器人提供持續(xù)的動力是一個不小的挑戰(zhàn)，但研究自供能微/納米機(jī)器人仍然將是我未來的主要研究方向?！痹陉惡s的規(guī)劃中，他將和他的團(tuán)隊致力于開發(fā)相應(yīng)的微/納能量收集器、微/納執(zhí)行器和微/納傳感器，然后進(jìn)行集成，制造出能夠執(zhí)行特定任務(wù)的自供能微/納機(jī)器人，服務(wù)于智能醫(yī)療?！凹訌?qiáng)原創(chuàng)性引領(lǐng)性醫(yī)療裝備攻關(guān)，加強(qiáng)臨床應(yīng)用創(chuàng)新研究，加快智能醫(yī)療裝備發(fā)展，也是目前國家正在倡導(dǎo)的，我也想為此盡一份力?！标惡s如是說。

而陳海榮的另一個方向是可穿戴裝備，他想通過制備智能纖維，編織成能夠檢測人體狀態(tài)相應(yīng)參數(shù)的智能織物?！霸谖磥?，可穿戴設(shè)備有望實現(xiàn)對人體健康狀態(tài)的實時檢測。”在陳海榮的理想設(shè)定中，人們無須等到體檢時就可以發(fā)現(xiàn)自身的健康問題，讓患者盡早發(fā)現(xiàn)健康隱患，早日治愈，提高人們生活的健康水平和幸福感。

在陳海榮的研究之外，他想得最多的是如何更好地教授學(xué)生。“我做的是基礎(chǔ)研究，所以我總是跟他們說，你們出成果的速度可能會比別人慢，但你們不要去跟別人比較，踏踏實實看文獻(xiàn)，做實驗，寫論文，一定會有所收獲。”除此之外，陳海榮也非常注重實驗室的工作氛圍，“我希望實驗室的氛圍能盡量輕松一些，學(xué)生不管說得對還是錯，我都鼓勵他們發(fā)表自己的觀點。因為學(xué)習(xí)有一個過程，哪怕他們一開始的想法可能是錯的，我也鼓勵他們說，鼓勵學(xué)生發(fā)揮他們的創(chuàng)造力?！?/p>

站在新的起點上，陳海榮認(rèn)為，充分發(fā)揮自己的力量，探索能讓微/納米機(jī)器人落地應(yīng)用的方法，是他當(dāng)前最重要的任務(wù)?！半m然我知道這個過程肯定沒有那么順利，但我一定會堅持走下去，不辜負(fù)國家的期待?！?/p>

（責(zé)編：蘇寒山）E1ECFB76-766A-4242-8EB9-C281DA21D426