从“摸鱼”到逼自己狠干,90后博士生找到了读博的意义

8个月前 来源:科学网微信公众号 观看:133

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迷茫,非常的迷茫……漆方杰未曾料到,读博遇到的第一道坎,竟是自己的精神内耗。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

刚进入美国北卡罗来纳州立大学,在机械航空系副教授尹杰课题组的最初半年里,他不知道该干嘛,对课题也没什么想法,成为了实验室里最晚去、最早走的“摸鱼人”。但他对科研仍心存热爱,且远赴大洋彼岸一心求学的初心也不允许这种状态持续,于是他逼着自己做出改变,靠夜以继日地做实验填补内心的迷茫,从而走出“牢笼”。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

逐渐地,他在两年的自我淬炼中脱胎换骨,找到了读博的真正意义,并在1月9日收获了人生中第一篇PNAS论文——在尹杰的带领下,研发出一种能像轮胎一样滚动、像陀螺一样旋转、像卫星一样绕轨道运行的新型软体机器人。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

漆方杰(左)与尹杰(右)
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用物理智能控制机器人行为3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

靠人工或计算机控制行为能力的机器人,往往需要电源、控制系统、传感器等,这也使得这类机器人在性能上会有所受限,无法做得很软。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

一直以来,尹杰带领的团队热衷于研究软体机器人,他认为这是一个比较新的领域,柔软的特性具有很大的开发潜力。为了摆脱常规机器人在操控上的人为限制,他们在结构设计和材料上下了大功夫。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“我们这款软体机器人由带状液晶弹性体制成,像麻花一样扭曲,把两端粘在一起,形成一个类似手镯的圆环。当它被放置在55摄氏度的物体表面时,就会自主地滚动,表面温度越高,机器人滚动的速度就越快。”论文通讯作者尹杰在接受《中国科学报》采访时介绍。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在发热平板上,液晶弹性体机器人通过吸收热量,自发产生自转以及公转的运动3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

有趣的是,该机器人能产生三种运动:第一种是从里往外翻转;第二种是能沿着自己的圆心自转;第三种是围着环外的一个点转动,就像行星公转一样。
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这项研究的一大亮点是动力来源不同。这款软体机器人是由物理智能控制行为,这意味着它们的行为是由其结构设计和材料决定的,而不是由计算机或人类干预来决定。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“它们能从环境中捕捉热能,然后把热能转化为机械能,也就是说它们不需要电池就能自主运动。”尹杰说。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

当采用荧光涂料附于机器人上时,即便在黑暗的环境中,该机器人可以完成对未知形状的探索
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“这款软体机器人还可以像蚂蚁一样贴着物体的边缘走。通过实验发现,无论它被放到正方形还是三角形的空间里,它都能够找到边缘,并沿着边缘运动,绘制出空间的轮廓。它还可以识别边缘上的缺口或损坏。”论文第一作者漆方杰在接受《中国科学报》采访时说。
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“这种功能对于帮助我们导航或绘制未知环境的地图非常有用。而且由于体软、耐热等特性,它可以替代硬型机器人到高温环境中执行任务。”漆方杰指出。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

投稿历经曲折,与PNAS再续前缘3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

早在两年前,尹杰团队就已经有一篇关于“螺丝粉”(即Rotini:条螺旋状的意大利面)机器人的论文发表在PNAS上。所以这次,他们打算冲一下Nature。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

然而,最强调创新性的Nature杂志给他们“吃了闭门羹”,Nature编辑认为这次的新型软体机器人与上一个“螺丝粉”机器人没有太大区别。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

虽然使用的材料与“螺丝粉”机器人一样,都由液晶弹性体制成,但尹杰认为这次成果的最大卖点在于结构设计。“因为结构设计不同,使得软体机器人的所有行为都发生了改变,形成机理也完全不一样。它就是一个新的东西!”3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

为了更好地介绍这款机器人以及背后的机制原理,他们删删改改,前前后后折腾了很长时间,精心“打造”出长达4000多字的文章。抱着再试一试的心态,他们把文章转投给Science。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

Science的编辑认为这项研究的确非常有意思,但提出了两个问题:一是嫌文章太长,字数太多;二是对于为什么叫软体机器人的解释,编辑未能被说服。没有被秒拒,也就还有争取的余地,只要按照编辑的问题细改,发表也许指日可待。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在改文章或者改投其他期刊间反复纠结了很多次后,为保险起见,他们最终还是决定投给PNAS。“虽然很想再坚持一下,但做科研最崩溃的就是自己的idea被其他课题组抢先发表。而这项工作已经做了很久,我们怕这个idea很快会被其他同行想到。”尹杰说。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

这篇文章中介绍软体机器人的一种全新的、周期性的运动模式,受到了PNAS所有审稿人的肯定,审稿过程很顺利,只经历了一轮便轻松过关。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“虽然投Nature和Science都失败了,但也有一定的好处,根据这两个杂志的编辑给出的意见,我们的确对文章做了雕琢,把这款软体机器人的介绍、不同点、创新点讲述得更加明白。这也让我们的研究能更完美地展示出来,文章成了‘螺丝粉’机器人那篇PNAS论文的姊妹篇。”尹杰表示。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“科研让我变得很幸运”3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

漆方杰
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在安徽合肥工业大学工业工程专业读本科时,漆方杰就对科研萌生了兴趣。因为喜欢动手做研究,也想在工程领域增长见识,他选择出国继续深造。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在择校时,漆方杰有自己的一套想法。“我就认准大城市的高校,因为大城市里不光生活便利,更重要的是有很多制造业的展览会,我可以在那里接触到最先进的工业设备、仪器,这种机会对日后的科研肯定大有裨益。”3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

最终在收到的众多offer中,他选定了坐落在美国洛杉矶的南加州大学,所学专业为制造工程,主攻3D打印方向。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

起初,漆方杰认为制造工程读到硕士就可以了,毕业后应该去企业。但他对科研的喜爱之情日渐浓厚,决定继续读博。他一眼便相中了尹杰课题组,也成了本科同学里为数不多读博的人。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

尹杰
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“尹老师团队做的软体机器人简直太酷了!这对我们这种还停留在传统机器人认知层面的人来说,觉得很神奇。”漆方杰刚进课题组时,正值“螺丝粉”机器人的研发工作进行中。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

但他憧憬的科研生活与现实产生了割裂。以往他做的工作都非常工程化,为了得到一个结果不停地试验、不停地调整,直到得出最好的结果。漆方杰早已习惯这种以结果为导向的研究方式,而尹杰课题组是由现象驱动进行研究。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

两种截然不同的方式产生的冲突,让漆方杰举步维艰。当他接到这个课题时,起初两眼一抹黑,根本不知道从何着手。“虽然与前一种软体机器人用的是同一种材料,但尹老师并没对我有任何的任务要求,而是让我尽可能地试试看。”3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

习惯于以前的导师指哪儿打哪儿的“死板”指挥,漆方杰未能形成自主思考的能力。“虽然学的是机械工程专业,但感觉非常不工程,反而偏向科学研究,需要自发性探索一些事情。所以一开始我真的非常迷茫,也很痛苦,是课题组里每天最晚到、最早走的,科研毫无头绪,但内心又非常想做出点什么。”3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

这种无序内耗的状态持续了半年之久,他意识到必须做出改变。同组的师兄师弟给了他很多实用的建议,比如一定要迈过心中的郁结,努力去尝试做实验。于是,漆方杰就像上了发条一样,逼着自己有劲儿就往实验上使。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

就这样做着做着,原本条状的机器人,被他设计成了一个环状,就像打开了新世界的大门,一切的现象、原理、机制都发生了翻天覆地的改变。他也成功蹚过“低谷期”,走上了正轨。尹杰自由、开放式的引导,给了漆方杰更高的自由度、更宽广的发挥空间,因而进步神速。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

他不再是提早下班的“摸鱼人”,而是具备独立思考和执行能力的科研人。就像尹杰常对学生说的那样:“你们不是来给我干活,你们是给自己干活。”有了为自己热爱的科研而努力的内驱动力,漆方杰也找到了读博真正的意义。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“前面的过程越痛苦,后面做出成果后就越幸福!”漆方杰表示,科研让自己变得很“幸运”,因为每发现一个新奇的现象,很可能你就是全世界第一个看到这个现象的人,这种幸福感无可替代。3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

论文链接:3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.23126801213zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

*本文图片均由受访者提供3zC即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

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