“流”向将来
发布日期：2024-12-24 05:48 点击次数：165
本报记者 孙乐琪
“将来机器东说念主”会是什么样？
液体机器东说念主，是很多经典的科幻电影给出的谜底。
电影《闭幕者》中，液态金属机器东说念主T-1000，不错淘气解析、重组、变形，效法战役过的物体。电影《毒液》中的外星人命体，如同有理智的液体机器东说念主，与东说念主类“共生”。
这些奇想妙想不错变成现实吗？在本年的中关村论坛上，一款形似单细胞生物——阿米巴虫，时而瑟缩、时而伸展，不错自如变形知晓的液体机器东说念主，眩惑了迢遥不雅众的眼神。
这款充满“将来感”的机器东说念主，是北京交通大学机电学院90后教师李振坤多年心血的结晶。为此，他开采智能材料、研制4D打印机，还组建了一支由后生硕士、博士组成的多学科交叉科研团队。
数年辅助不辍，居品几经迭代。
一款名为“流变机器东说念主”的前沿科技效果，本年得回了寰宇发明博览会金奖和北京发明立异大赛金奖。
李振坤在寰宇科技步履周科技立异效果展上展示自主研发的4D打印软体机器东说念主
机器东说念主，少年梦
与机器东说念主“缘”起那儿？1991年建设的李振坤，看着经典的机器东说念主动画片长大，在心里种下了“机器东说念主梦”。李振坤的父母，分离从事机械专科和诡计机专科教训责任。在父母的老师和指导下，他从中学起，就在机器东说念主范畴入手了探索。
2008年5月12日，四川汶川发生里氏8级非凡面震，举国同悲。电视新闻里，在地形复杂、伤一火情况未知的救援现场，救援探伤器的责任范围有限，救援东说念主员濒临崩塌严重的废地又进不去。“干慌乱”的火暴情景，让正在上高二的李振坤随着揪心。何如能搞定救援探伤的逆境呢？他将眼神锁定在我方最酣醉的机器东说念主上。
李振坤遍查辛苦，发当今地震高发的日本，其时仍是有了地震救援机器东说念主。只是，这些初代仿生地震救援机器东说念主还不熟识。比如，一种“爬虫形”机器东说念主，容易卡缝儿、侧翻，况兼翻倒后很难我方再爬起来。又如，一种“蛇形”机器东说念主，效法的是蛇鬈曲摆尾的前进模式，但在逼仄的救援场景中，这条“蛇”摆尾的空间极为有限。
何如才略使救援机器东说念主小到可“钻缝儿”、稳到不“卡壳儿”呢？李振坤在毛毛虫和蚯蚓身上找到了灵感，行使弹簧贯串不同模块，制作了可带着录像头伸缩前进的“蠕虫形”救援机器东说念主，见效破题。通过电磁铁压缩弹簧，就能杀青前进、转向、昂首、俯首。
这个方便易行又充满巧想的小机械安装，得回了往日的国度发明专利。关于又名高中生来说，这无疑是莫大的饱读吹。从那时起，李振坤就刚硬了我方投身机器东说念主科学盘问范畴的东说念主生联想。
高考时，他报考了北京科技大学的机械工程学院，尔后又在北京交通大学、清华大学一皆读到博士后，其间，持久莫得停驻对机器东说念主的探索。“透顶解耦串并混联机器东说念主”即是他肄业期间机器东说念主发明中的风景之作。
“工业范畴使用的机械臂，往往分为串联机器东说念主和并联机器东说念主两种。这两种机器东说念主，在推行应用中，各有上风和制肘。”李振坤先容，串联机器东说念主就像是咱们的手臂，是由多个“要道”贯串，酿成一个机械臂的链式结构，优点是精度高、载量大，蜿蜒是速率慢、结构僵硬、不适应复杂环境。并联机器东说念主像是两条“交抱”的手臂，由至少两个独处的知晓链贯串组成，优点是速率快、无邪性强，蜿蜒是载量低、旅途联想和截止复杂。
能不行把两种机器东说念主连合起来，取其长而避其短呢？科研绘制中常用的器具——放大尺，给了李振坤启示。这是一种由4根直尺组成的器具，行使了平行四边形旨趣。别看它结构肤浅，却能在绘制中杀青准确转移支点、调整无邪等功能。
李振坤创造性地将放大尺从平面结构变成三维结构，并行使这个安装研发出了三目田度平动线性透顶解耦串并混联机器东说念主。这种机器东说念主的截止系统无需作念杂沓词语的正逆解运算。同期，立方体的责任空间使其功课轨迹联想变得十分容易，在各个方朝上负载智商也更均匀，不受位姿影响。
这个代表作，不仅取得了两项相干发明专利授权，还世俗地应用在了高速率、高刚度、大负载的工业场景。李振坤先容，基于该机器东说念主开采的煤矸石分选系统目前仍是应用于开滦集团等大中型煤矿。“不仅填补了国内该类自动化装备的空缺，还产生了显赫的社会效益和经济效益。”他评释：平均每个系统可替代8名工东说念主的责任量，每年简单老本48万元。机械功课，还镌汰了东说念主工捡煤、煤矿安全坐褥的风险。
从高中阶段到当今的16年间，李振坤带着持久如一的热忱，在机器东说念主研发的说念路上行径束缚。其间，他发表了50多篇高水平学术论文，授权国度发明专利10余项。
孜孜以求，对应着善作善成。这令刚刚崭露头角的后生科研责任者备受饱读吹。
天涯海角 近在目下
在工业机器东说念主研发范畴有所斩获的李振坤，有了愈加高深的想考。
“机器东说念主范畴正处于转型的要害时期，目前机器东说念主的主邀功能是‘替代东说念主工’，而下一个阶段的主张则是‘东说念主机共融’。”李振坤评释，现时，大多数基于机电系统的传统机器东说念主由金属、导线以偏执他硬质材料所组成。使用这些材料和结构的机器东说念主可能短缺“东说念主机共融”时间必需的安全性、无邪性，以及在东说念主机交互应用中的适应性。
“工业机器东说念主在功课过程中，往往会罗致‘东说念主机讳饰’的方法。”李振坤例如：比如，“黑灯工场”以智能机器东说念主或自动化建筑完周至历程操作，不单是是为了简单相干坐褥格式的东说念主工老本，亦然为了保证操作主说念主员的人命安全。
同期，目前大多数机器东说念主，都是由机电系统组成，主要驱能源是由电能休养而来，这大幅镌汰了系统的能量行使率。他先容，“传统的机电系统在能量休养过程中会产生普遍的热亏空，因此有用机械能仅占所骤然全部能量的30%以下。”
李振坤合计，现阶段的工业机器东说念主并不行称之为“透顶智能”的机器东说念主。很多亟待智能化的范畴，都是目前的机器东说念主窝囊为力的。
2019年，他参加了一次银发经济论坛。在会上，李振坤了解到，凭据展望，到2050年，我国参加重度老龄化社会后，一个年青东说念主就要服侍一个老东说念主。关于一个失能、半失能老东说念主来说，往往需要一个以上的东说念主力才略较好地搞定照护需求。
他切实地体会到数据背后山水相连的雄壮需求。机器东说念主照护代替东说念主工照护，不失为最解渴的破解之说念。但金属的骨骼、机械的手，果真能让东说念主省心性将垂暮的老东说念主委用给它吗？
李振坤的困惑，亦然横亘在“以智能化妙技搞定养老照护燃眉之急”这条路上的一说念范畴。
若何让机器东说念主予以柔嫩的随同？谜底指向莫得金属骨骼、与东说念主类交互更安全的软体机器东说念主。
连年，新式柔嫩机器东说念主的想法强硬提议，海外有高校也制作出第一个纯软体机器东说念主。关联词，彼时的软体机器东说念主大多依赖于弹性材料的变形，方法相对固定，难以适应复杂多变的环境。
刚刚得回博士学位的李振坤厉害地意志到，要杀青信得过的打破，必须寻找一种全新的材料和工夫，让莫得机电系统的软体机器东说念主的作为具备“牵记性”。
什么才是软体机器东说念主最联想的材料？
天涯海角，近在目下。
李振坤在硕士、博士就读期间，师从我国知名磁性液体众人李德才。他将远眺的眼神，从头聚焦在了目下手头的科研内容——磁性液体上。
磁性液体，也称磁流体，主要由纳米磁性颗粒、名义活性剂与基载液组成。由于既具有液体的流动性，又具有固体的磁性，使其在核能、化学、冶金、航天等范畴都有迫切应用。
“具有铁磁性的磁控流变牵记材料”是诺贝尔物理学奖得主德热纳曾预言过的将来仿生材料。若何让磁性液体具有“牵记性”曾是范畴内的世纪阻拦。
李振坤拿出一块磁铁和一个装有磁性液体的容器，演示起了这个世纪阻拦产生的机制。当磁铁围聚玄色磁性液体时，磁性液体会随之转移、发生形变。但当磁铁挪开的瞬息，磁性液体就规复到了开动的状况。“磁场除去后，磁性液体中的纳米颗粒在布朗知晓的驱使下，无端正地四散开来，回到原貌。这亦然磁性液体不具备‘牵记性’的原因。”李振坤评释。
何如破解这个世纪阻拦呢？“我的灵感开头于小时分常玩的积木游戏。”李振坤说，要让磁性材料具有“牵记性”，需要让其里面的纳米颗粒在磁场下自动拼装成需要的结构，并保持固定。为此，必须给磁性液体的配方“加料”。李振坤带领团队进行了上百次的检修，最终筛选出了具有“牵记性”的材料。
世纪阻拦破解，也曾只存在于将来想象中的“磁控流变牵记材料”终于建设了，这给了李振坤莫大的饱读吹。
但要把材料变成信得过的机器东说念主居品，还有一段探索的路要走。
在一次国际学术会议上，李振坤了解到4D打印工夫。4D打印工夫与3D打印工夫比较，大概让3D工夫打印出来的结构在外界刺激下发生体式或结构的改变。4D打印平直将材料与结构的变形联想，内置到物料当中，制造形态和性能随时可变的三维物体，杀青了居品联想、制造和装配的一体化交融。
他信托，4D工夫大概匡助我方联想的软体机器东说念主完成从理念到什物的无缝对接。为此，他又行使智能材料的反应特质，连合编程化联想，研制出了具有磁畴写入功能的4D打印机。
“这即是一个小小的智能软体机器东说念主。”李振坤提起遥控器，指导着一个看上去形似橡胶片的“小人儿”，前进、后退、翻转。“直白地说，即是通过4D打印把智能材料对磁场等外界刺激的反应，通过编程，平直‘写’进打印出来的物体里。”
目下摆动的“小人儿”，只是智能软体机器东说念主雄壮应用出息的一个小小缩影。
李振坤说，将来，智能软体机器东说念主或将在航空航天、生物医药、康复医疗等诸多范畴大展拳脚。
机器东说念主外膜由磁性水凝胶制作，打印有液态金属组成的漫衍式柔性线圈，可截止机器东说念主不同部位材料发生凝胶-溶胶转动，并行使磁场梯度驱动机器东说念主体内材料沿一定地点流动，使机器东说念主产生雷同阿米巴虫的知晓。
机器东说念主里面集成很多柔性薄膜传感单位，每个单位内集成半导体磁电器件与力学传感单位，使机器东说念主不错及时感知自己里面类原生质漫衍与流动情况。
东说念主机共融 奋楫上前
李振坤创立的Rheobot实验室（流变机器东说念主实验室）里，3D打印机、4D打印机、多材料复合打印机等各样建筑费力功课，操作台上摆放着多样各样新奇的居品样本……
“这即是软体机器东说念主的迭代居品——流变机器东说念主。”李振坤说的机器东说念主，其实是悬浮在溶液中的一团玄色物资。在外界磁场的驱动下，玄色物资就像被赋予了人命通常，时而如同“贪馋蛇”一般在画好的格子上按既定道路行走，时而又像电影《毒液》中的外星人命体一般展现出特定的体式。
“像‘毒液’吗？其实更像一种肤浅生物——阿米巴虫。”李振坤笑着说。
他先容，连年来，基于磁控智能材料的小型液滴机器东说念主成为科研的热门。但这类机器东说念主的应用持久存在制肘——其形态依靠名义张力看护，无法杀青无邪可控的固液转动，科研的措施囿于实验室之中。
而李振坤团队在此前研发“磁控流变牵记材料”的基础上，提议了“类人命流变机器东说念主”的想法。“这款机器东说念主的仿生对象即是单细胞真核生物——阿米巴虫。”
越肤浅的生物，知晓机制越容易杀青。阿米巴虫的知晓基于其细胞膜内原生质的凝胶-溶胶转动。原生质凭据其漫衍位置可分为外质与内质，凝胶状外质主要漫衍在虫身外部；溶胶状内质漫衍在虫体里面。溶胶状原生质在外质包围的管状空间中上前流动，外质管充任外名义的皮肤。当内质到达前端时，证据过触变老化机理休养成凝胶状外质，从而在透明冠区域酿成伪足前端。伪足前端接着外质管延长，使机体上前知晓。
效法阿米巴虫的知晓机制，李振坤团队通过一体化复合4D打印工夫制作了流变机器东说念主的实质，并用迢遥电磁铁线圈制作了该机器东说念主的驱动模块。驱动模块在截止器的作用下，产生不同地点的恒定或交变磁场，截止机器东说念主实质不同部位材料发生凝胶-溶胶转动，并行使磁场梯度驱动机器东说念主体内材料沿一定地点流动，最终使机器东说念主产生雷同阿米巴虫的知晓。
将来在流变机器东说念主的里面，还不错集成很多柔性薄膜组成的传感单位，使其具备自我感知、能量传递、信息传递等特质，有但愿构建由该材料组成的智能体系，并杀青雷同人命系统的功能。
李振坤说，这种不错杀青固液转动（溶胶-凝胶转动）的新发明，将大幅进步软体机器东说念主的无邪性。柔能克刚的体质，使它在军事探伤、星际探索、智能衣服等范畴具有广博的应用出息。
目前，李振坤的团队已与北京大学东说念主民病院骨肿瘤科王军医师团队勾通，开展行使流变机器东说念主羁系癌细胞蜕变的相干科研实验。“机器东说念主佩戴的抗体，不错识别血液内的癌细胞。行使机器东说念主固液转动的效应，捏取并包裹住蜕变的癌细胞。通过交变磁场产生的热量，将热敏锐度很高的癌细胞加热、杀死。”
当今，该花样已进行到了动物实验的阶段，第一期动物实验仍是完成。“一期实验杀死了小鼠体内75%的癌细胞，且实验用小鼠存活状况精采。”李振坤对流变机器东说念主在花样中的发扬感到懒散。
从动物实验到临床应用，还有十分漫长的路要走。不外，一猜想我方带队研制的机器东说念主可能为东说念主类攻克抗癌阻拦作念出孝顺，李振坤就感到绝顶激越。
星光不负赶路东说念主，江河贪恋奋楫者。在探索“东说念主机共融”的这条路上，李振坤带领团队一皆奔走，不曾懈怠。
阿米巴虫机器东说念主李振坤软体磁性发布于：北京市声明：该文不雅点仅代表作家本东说念主，搜狐号系信息发布平台，搜狐仅提供信息存储空间管事。