從“摸魚”到逼自己狠干，90后博士生找到了讀博的意義

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/1/515964.shtm

迷茫，非常的迷茫……漆方杰未曾料到，讀博遇到的第一道坎，竟是自己的精神內耗。

剛進入美國北卡羅來納州立大學，在機械航空系副教授尹杰課題組的最初半年里，他不知道該干嘛，對課題也沒什么想法，成為了實驗室里最晚去、最早走的“摸魚人”。但他對科研仍心存熱愛，且遠赴大洋彼岸一心求學的初心也不允許這種狀態持續，于是他逼著自己做出改變，靠夜以繼日地做實驗填補內心的迷茫，從而走出“牢籠”。

逐漸地，他在兩年的自我淬煉中脫胎換骨，找到了讀博的真正意義，并在1月9日收獲了人生中第一篇PNAS論文——在尹杰的帶領下，研發出一種能像輪胎一樣滾動、像陀螺一樣旋轉、像衛星一樣繞軌道運行的新型軟體機器人。

  ?

漆方杰（左）與尹杰（右）

用物理智能控制機器人行為

靠人工或計算機控制行為能力的機器人，往往需要電源、控制系統、傳感器等，這也使得這類機器人在性能上會有所受限，無法做得很軟。

一直以來，尹杰帶領的團隊熱衷于研究軟體機器人，他認為這是一個比較新的領域，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大功夫。

“我們這款軟體機器人由帶狀液晶彈性體制成，像麻花一樣扭曲，把兩端粘在一起，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，就會自主地滾動，表面溫度越高，機器人滾動的速度就越快。”論文通訊作者尹杰在接受《中國科學報》采訪時介紹。

有趣的是，該機器人能產生三種運動：第一種是從里往外翻轉；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。這款軟體機器人是由物理智能控制行為，這意味著它們的行為是由其結構設計和材料決定的，而不是由計算機或人類干預來決定。

“它們能從環境中捕捉熱能，然后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。”尹杰說。

“這款軟體機器人還可以像螞蟻一樣貼著物體的邊緣走。通過實驗發現，無論它被放到正方形還是三角形的空間里，它都能夠找到邊緣，并沿著邊緣運動，繪制出空間的輪廓。它還可以識別邊緣上的缺口或損壞。”論文第一作者漆方杰在接受《中國科學報》采訪時說。

“這種功能對于幫助我們導航或繪制未知環境的地圖非常有用。而且由于體軟、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。”漆方杰指出。

投稿歷經曲折，與PNAS再續前緣

早在兩年前，尹杰團隊就已經有一篇關于“螺絲粉”（即Rotini：條螺旋狀的意大利面）機器人的論文發表在PNAS上。所以這次，他們打算沖一下Nature。

然而，最強調創新性的Nature雜志給他們“吃了閉門羹”，Nature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，但尹杰認為這次成果的最大賣點在于結構設計。“因為結構設計不同，使得軟體機器人的所有行為都發生了改變，形成機理也完全不一樣。它就是一個新的東西！”

為了更好地介紹這款機器人以及背后的機制原理，他們刪刪改改，前前后后折騰了很長時間，精心“打造”出長達4000多字的文章。抱著再試一試的心態，他們把文章轉投給Science。

Science的編輯認為這項研究的確非常有意思，但提出了兩個問題：一是嫌文章太長，字數太多；二是對于為什么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。

在改文章或者改投其他期刊間反復糾結了很多次后，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。”尹杰說。

這篇文章中介紹軟體機器人的一種全新的、周期性的運動模式，受到了PNAS所有審稿人的肯定，審稿過程很順利，只經歷了一輪便輕松過關。

“雖然投Nature和Science都失敗了，但也有一定的好處，根據這兩個雜志的編輯給出的意見，我們的確對文章做了雕琢，把這款軟體機器人的介紹、不同點、創新點講述得更加明白。這也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。”尹杰表示。

“科研讓我變得很幸運”

漆方杰

在安徽合肥工業大學工業工程專業讀本科時，漆方杰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，他選擇出國繼續深造。

在擇校時，漆方杰有自己的一套想法。“我就認準大城市的高校，因為大城市里不光生活便利，更重要的是有很多制造業的展覽會，我可以在那里接觸到最先進的工業設備、儀器，這種機會對日后的科研肯定大有裨益。”

最終在收到的眾多offer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，漆方杰認為制造工程讀到碩士就可以了，畢業后應該去企業。但他對科研的喜愛之情日漸濃厚，決定繼續讀博。他一眼便相中了尹杰課題組，也成了本科同學里為數不多讀博的人。

  ?

尹杰

“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。”漆方杰剛進課題組時，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、不停地調整，直到得出最好的結果。漆方杰早已習慣這種以結果為導向的研究方式，而尹杰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，讓漆方杰舉步維艱。當他接到這個課題時，起初兩眼一抹黑，根本不知道從何著手。“雖然與前一種軟體機器人用的是同一種材料，但尹老師并沒對我有任何的任務要求，而是讓我盡可能地試試看。”

習慣于以前的導師指哪兒打哪兒的“死板”指揮，漆方杰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。所以一開始我真的非常迷茫，也很痛苦，是課題組里每天最晚到、最早走的，科研毫無頭緒，但內心又非常想做出點什么。”

這種無序內耗的狀態持續了半年之久，他意識到必須做出改變。同組的師兄師弟給了他很多實用的建議，比如一定要邁過心中的郁結，努力去嘗試做實驗。于是，漆方杰就像上了發條一樣，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，被他設計成了一個環狀，就像打開了新世界的大門，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。尹杰自由、開放式的引導，給了漆方杰更高的自由度、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。就像尹杰常對學生說的那樣：“你們不是來給我干活，你們是給自己干活。”有了為自己熱愛的科研而努力的內驅動力，漆方杰也找到了讀博真正的意義。

“前面的過程越痛苦，后面做出成果后就越幸福！”漆方杰表示，科研讓自己變得很“幸運”，因為每發現一個新奇的現象，很可能你就是全世界第一個看到這個現象的人，這種幸福感無可替代。

相關論文信息：