文 ｜ 【中国科学报】 记者 张晴丹
迷茫，非常迷茫……漆方杰未曾料到，读博遇到的第一道坎，竟是精神内耗。
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，他不知道该干吗，对课题也没什么想法，成了实验室里最晚去、最早走的「摸鱼人」。但对科研心存热爱的他，远赴大洋彼岸一心求学的初心从未改变，于是他逼迫自己走出这种糟糕的状态，靠夜以继日地做实验填补内心的迷茫，找到了读博的真正意义。
终于，经过两年的自我淬炼，漆方杰脱胎换骨，并在近日收获了人生中第一篇美国【国家科学院院刊】（PNAS）论文。在尹杰的带领下，漆方杰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。
漆方杰 受访者供图
用物理智能控制机器人行为
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，这使得这类机器人在性能上会有所受限，无法做得很软。
一直以来，尹杰带领的团队热衷于研究软体机器人，他认为这是一个新颖的领域，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很大功夫。
「我们这款软体机器人由带状液晶弹性体制成，能像麻花一样扭曲，把两端黏在一起可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。」论文通讯作者尹杰介绍。
有趣的是，该机器人能产生3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。
这项研究的一大亮点是动力来源不同。这款软体机器人由物理智能控制行为，这意味着它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决定。
「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。
「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，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说。
「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。
曲折的投稿经历
早在两年前，尹杰团队就已经有一篇关于「螺丝粉」（螺旋状的意大利面）机器人的论文发表在PNAS。所以这次，他们打算冲一下【自然】。
然而，最强调创新性的【自然】却让他们「吃了闭门羹」。杂志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。
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最大的卖点在于结构设计。
为了更好地介绍这款机器人及其背后的机制原理，他们精心「打造」出一篇长达4000字的文章，抱着再试一试的心态，将文章转投给【科学】。【科学】编辑认为这项研究的确非常有意思，但提出了问题：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。
在改文章或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。
这篇文章介绍了软体机器人的一种全新的、周期性的运动模式，得到了PNAS审稿人的肯定。审稿过程很顺利，只经历了一轮便轻松过关。
「虽然前两次投稿都失败了，但也有一定好处，根据这两个杂志的编辑给出的意见，我们对文章做了雕琢，把这款软体机器人的说明、不同点、创新点讲述得更加明白。这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。
「科研让我变得很幸运」
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，他选择出国读硕士继续深造。
在择校时，漆方杰有一套自己的想法。「我就认准大城市的高校，因为在大城市不光生活便利，更重要的是有很多制造业的展览会，我有机会接触到最先进的工业设备和仪器，对日后的科研肯定大有裨益。」
最终在收到的许多录取通知书中，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。
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的读博的人。
「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。
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和调整，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。
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，根本不知道从何下手。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。所以一开始我非常迷茫，也很痛苦，科研毫无头绪，但内心又非常想做出点什么。」
这种无序内耗的状态持续了半年之久，他意识到必须要做出改变。同组的师兄弟给了他很多实用的建议，比如一定要解开心中的郁结，努力尝试做实验。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。
就这样做着做着，原本条状的机器人，被他设计成了环状，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。
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的，而是给自己干活的」。
「前面的过程越痛苦，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，你都可能是全世界第一个看到这个现象的人，这种幸福感无可替代。
