文 ｜ 【中國科學報】 記者 張晴丹
迷茫，非常迷茫……漆方傑未曾料到，讀博遇到的第一道坎，竟是精神內耗。
剛進入美國北卡羅來納州立大學，在機械航空系副教授尹傑課題組的最初半年裏，他不知道該幹嗎，對課題也沒什麽想法，成了實驗室裏最晚去、最早走的「摸魚人」。但對科研心存熱愛的他，遠赴大洋彼岸一心求學的初心從未改變，於是他逼迫自己走出這種糟糕的狀態，靠夜以繼日地做實驗填補內心的迷茫，找到了讀博的真正意義。
終於，經過兩年的自我淬煉，漆方傑脫胎換骨，並在近日收獲了人生中第一篇美國【國家科學院院刊】（PNAS）論文。在尹傑的帶領下，漆方傑研發出一種能像輪胎一樣捲動、像陀螺一樣旋轉、像衛星一樣繞軌域執行的新型軟體機器人。
漆方傑 受訪者供圖
用物理智能控制機器人行為
靠人工或電腦控制行為能力的機器人，往往需要電源、控制系統、傳感器等，這使得這類機器人在效能上會有所受限，無法做得很軟。
一直以來，尹傑帶領的團隊熱衷於研究軟體機器人，他認為這是一個新穎的領域，柔軟的特性具有很大的開發潛力。為了擺脫常規機器人在操控上的人為限制，他們在結構設計和材料上下了很大功夫。
「我們這款軟體機器人由帶狀液晶彈性體制成，能像麻花一樣扭曲，把兩端黏在一起可形成一個類似手鐲的圓環。當它被放置在55攝氏度的物體表面時，就會自主捲動，表面溫度越高，機器人捲動的速度就越快。」論文通訊作者尹傑介紹。
有趣的是，該機器人能產生3種運動：第一種是從裏往外翻轉；第二種是能沿著自己的圓心自轉；第三種是圍著環外的一個點轉動，就像行星公轉一樣。
這項研究的一大亮點是動力來源不同。這款軟體機器人由物理智能控制行為，這意味著它的行為是由其結構設計和材料決定的，而不是由電腦或人類幹預決定。
「它們能從環境中捕捉熱能，然後把熱能轉化為機械能，也就是說它們不需要電池就能自主運動。」尹傑說。
「這款軟體機器人還可以像螞蟻一樣貼著物體的邊緣走。透過實驗發現，無論它被放到正方形還是三角形的空間裏，都能夠找到邊緣，並沿著邊緣運動，繪制出空間的輪廓。它還可以辨識邊緣上的缺口或損壞。」論文第一作者漆方傑說。
「這種功能對於幫助我們導航或繪制未知環境的地圖非常有用。而且由於體軟、耐熱等特性，它可以替代硬型機器人到高溫環境中執行任務。」漆方傑指出。
曲折的投稿經歷
早在兩年前，尹傑團隊就已經有一篇關於「螺絲粉」（螺旋狀的意大利粉）機器人的論文發表在PNAS。所以這次，他們打算沖一下【自然】。
然而，最強調創新性的【自然】卻讓他們「吃了閉門羹」。雜誌編輯認為這次的新型軟體機器人與上一個「螺絲粉」機器人沒有太大區別。
雖然使用的材料與「螺絲粉」機器人一樣，都由液晶彈性體制成，但尹傑認為這次成果最大的賣點在於結構設計。
為了更好地介紹這款機器人及其背後的機制原理，他們精心「打造」出一篇長達4000字的文章，抱著再試一試的心態，將文章轉投給【科學】。【科學】編輯認為這項研究的確非常有意思，但提出了問題：對於為什麽叫軟體機器人的解釋，編輯未能被說服。
沒有被秒拒，也就還有爭取的余地，只要按照編輯的問題細改，發表也許指日可待。
在改文章或改投其他期刊間反復糾結了很多次後，為保險起見，他們最終還是決定投給PNAS。「雖然很想再堅持一下，但做科研最崩潰的就是自己的idea被其他課題組搶先發表。而這項工作已經做了很久，我們怕這個idea很快會被其他同行想到。」尹傑說。
這篇文章介紹了軟體機器人的一種全新的、周期性的運動模式，得到了PNAS審稿人的肯定。審稿過程很順利，只經歷了一輪便輕松過關。
「雖然前兩次投稿都失敗了，但也有一定好處，根據這兩個雜誌的編輯給出的意見，我們對文章做了雕琢，把這款軟體機器人的說明、不同點、創新點講述得更加明白。這讓我們的研究能更完美地展示出來，文章成了‘螺絲粉’機器人那篇PNAS論文的姊妹篇。」尹傑表示。
「科研讓我變得很幸運」
在安徽合肥工業大學工業工程專業讀本科時，漆方傑就對科研萌生了興趣。因為喜歡動手做研究，也想在工程領域增長見識，他選擇出國讀碩士繼續深造。
在擇校時，漆方傑有一套自己的想法。「我就認準大城市的高校，因為在大城市不光生活便利，更重要的是有很多制造業的展覽會，我有機會接觸到最先進的工業器材和儀器，對日後的科研肯定大有裨益。」
最終在收到的許多錄取通知書中，他選定了坐落在美國洛杉磯的南加州大學，所學專業為制造工程，主攻3D打印方向。
起初，漆方傑認為制造工程讀到碩士就可以了，畢業後應該去企業。但他對科研的喜愛之情日漸濃厚，決定繼續讀博。他一眼便相中了尹傑課題組，也成了本科同學裏為數不多的讀博的人。
「尹老師團隊做的軟體機器人簡直太酷了！這對我們這種還停留在傳統機器人認知層面的人來說，覺得很神奇。」漆方傑剛進課題組時，正值「螺絲粉」機器人的研發工作進行中。
但他憧憬的科研生活與現實產生了割裂。以往他做的工作都非常工程化，為了得到一個結果不停地試驗和調整，直到得出最好的結果。漆方傑早已習慣這種以結果為導向的研究方式，而尹傑課題組是由現象驅動進行研究。
兩種截然不同的方式產生的沖突，讓漆方傑舉步維艱。當他接到這個課題時，起初兩眼一抹黑，根本不知道從何下手。習慣於以前的導師指哪兒打哪兒的「死板」指揮，漆方傑未能形成自主思考的能力。「雖然學的是機械工程專業，但感覺非常不工程，反而偏向科學研究，需要自發性探索一些事情。所以一開始我非常迷茫，也很痛苦，科研毫無頭緒，但內心又非常想做出點什麽。」
這種無序內耗的狀態持續了半年之久，他意識到必須要做出改變。同組的師兄弟給了他很多實用的建議，比如一定要解開心中的郁結，努力嘗試做實驗。於是，漆方傑就像上了發條一樣，逼著自己有勁兒就往實驗上使。
就這樣做著做著，原本條狀的機器人，被他設計成了環狀，就像開啟了新世界的大門，一切的現象、原理、機制都發生了翻天覆地的改變。他也成功蹚過「低谷期」，走上了正軌。尹傑自由、開放式的引導，給了漆方傑更高的自由度、更寬廣的發揮空間，因而進步神速。
他不再是提早下班的「摸魚人」，而是具備獨立思考和執行能力的科研人。就像尹傑常對學生說的那樣，「你們不是來給我幹活的，而是給自己幹活的」。
「前面的過程越痛苦，做出成果後就越幸福。」漆方傑表示，科研讓自己變得很「幸運」，因為每發現一個新奇的現象，你都可能是全世界第一個看到這個現象的人，這種幸福感無可替代。
