10月19日，在第六屆“科學(xué)探索獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮上，獲獎(jiǎng)科學(xué)家攜親屬在紅毯上亮相。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所（以下簡(jiǎn)稱沈陽(yáng)自動(dòng)化所）研究員劉連慶一家四口也不例外。
劉連慶的小女兒盼著走紅毯，已經(jīng)盼了3年。8歲的她一心想穿上夢(mèng)寐以求的公主裙，和爸爸一起走在聚光燈下。今年，她終于如愿了。
“科學(xué)探索獎(jiǎng)”于2018年設(shè)立，由楊振寧、饒毅、施一公、潘建偉等14位知名科學(xué)家與騰訊公司創(chuàng)始人馬化騰共同發(fā)起，是目前國(guó)內(nèi)金額最高的青年科技人才資助項(xiàng)目之一。獎(jiǎng)項(xiàng)面向基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)領(lǐng)域，每年遴選不超過(guò)50位獲獎(jiǎng)人，每位獲獎(jiǎng)人在5年內(nèi)獲得總計(jì)300萬(wàn)元人民幣獎(jiǎng)金，且可自由支配。
對(duì)劉連慶而言，這3年的等待遠(yuǎn)不止于一場(chǎng)紅毯秀。帶著對(duì)類生命機(jī)器人與微納操控的未來(lái)設(shè)想，他曾三次站在“科學(xué)探索獎(jiǎng)”的答辯臺(tái)上。在經(jīng)歷兩次失敗后，他愈挫愈勇。
“科研歷程中勝敗乃兵家常事。”劉連慶笑著說(shuō)，但自己“鈍感力”很強(qiáng)，最后能成功就很開(kāi)心。
“‘堅(jiān)持’干一件事不如熱愛(ài)干一件事，堅(jiān)持給人的感覺(jué)是被動(dòng)的，而熱愛(ài)是主動(dòng)的。只有熱愛(ài)，才能進(jìn)入心流狀態(tài)，走得更長(zhǎng)遠(yuǎn)?！眲⑦B慶說(shuō)。
機(jī)器人有生命？這不是科幻
機(jī)器人能擁有“生命”？聽(tīng)起來(lái)像是科幻，但在2024年“科學(xué)探索獎(jiǎng)”的答辯現(xiàn)場(chǎng)，劉連慶帶來(lái)了這一設(shè)想的現(xiàn)實(shí)版本。
他分享了自己兩個(gè)“面向未來(lái)”的研究方向：一個(gè)是類生命機(jī)器人，另一個(gè)則是對(duì)先進(jìn)制造至關(guān)重要的微納操控。
想象一下，當(dāng)你切開(kāi)一個(gè)機(jī)器人，看到的不再是電線和電路板，而是肌肉、血液、細(xì)胞這樣的生命系統(tǒng)。這種機(jī)器人不僅具有人形外觀，還具備真正的生命機(jī)制。
這正是劉連慶的類生命機(jī)器人構(gòu)想。為了將這一“天方夜譚”背后的解決思路和支撐工作闡釋清楚，劉連慶在40頁(yè)答辯PPT之外，又特意準(zhǔn)備了40頁(yè)補(bǔ)充材料，專門用來(lái)回答評(píng)委提出的問(wèn)題。
“目前的仿生機(jī)器人，無(wú)論是‘大狗’等四足機(jī)器人，還是各種人形機(jī)器人，都只是模仿生命的外形。”劉連慶介紹，而類生命機(jī)器人將在分子細(xì)胞的尺度上，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)與生命系統(tǒng)的融合。
“機(jī)器人最核心的三大功能——感知、驅(qū)動(dòng)與智能，當(dāng)下依賴的都是機(jī)電系統(tǒng)。我們要把感知變成生命感知，驅(qū)動(dòng)變成肌肉，智能變成神經(jīng)涌現(xiàn)?！眲⑦B慶補(bǔ)充。
幾年來(lái)，劉連慶的設(shè)想正逐步轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)——將響尾蛇感受熱紅外信號(hào)的離子通道“放進(jìn)”機(jī)器人系統(tǒng)，就是一個(gè)最好的例子。
要知道，現(xiàn)有的紅外傳感器依賴半導(dǎo)體原理，在極低的冷卻溫度下，才勉強(qiáng)達(dá)到0.01K的感知精度。
而響尾蛇能在自然環(huán)境中，憑借眼睛下方頰窩處一個(gè)微小的離子通道，精準(zhǔn)感知紅外信號(hào)。在常溫常壓下，精度達(dá)到0.001K。
劉連慶與中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所、上海藥物所和中國(guó)科大的同事合作，詳細(xì)探究了響尾蛇感受紅外的物理機(jī)制。
“將大自然億萬(wàn)年進(jìn)化的成果直接應(yīng)用到機(jī)器人身上?！睅е@樣的想法，劉連慶與合作者一起，將蛋白提純，表達(dá)在模式細(xì)胞上，并將細(xì)胞組成器件。就這樣，機(jī)器人被賦予了類似響尾蛇機(jī)理的生命感知能力。
劉連慶介紹，團(tuán)隊(duì)還在探索如何將肌肉纖維引入機(jī)器人系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)生命驅(qū)動(dòng)。
在智能方面，劉連慶團(tuán)隊(duì)也在進(jìn)行開(kāi)創(chuàng)性嘗試。他們通過(guò)3D打印和體外培養(yǎng)大腦細(xì)胞，讓機(jī)器人基于“碳基大腦”進(jìn)行簡(jiǎn)單的路標(biāo)識(shí)別，并沿著特定路徑自主行走。
類生命機(jī)器人的潛在路線圖
“種”出一個(gè)科學(xué)夢(mèng)想
劉連慶的另一個(gè)方向——微納操控，則是類生命機(jī)器人思想的起點(diǎn)。
“在我的研究體系里，這兩個(gè)方向就像DNA的雙螺旋。它們扭打纏抱在一起，不斷向前推動(dòng)。”劉連慶笑著說(shuō)。
在提出類生命機(jī)器人概念前，微納機(jī)器人是劉連慶研究十多年的“老本行”。微納機(jī)器人，顧名思義，是微型機(jī)器人和納米機(jī)器人。它們潛力巨大，可以進(jìn)入人體細(xì)小的血管分支，完成精準(zhǔn)醫(yī)療。
在此過(guò)程中，劉連慶經(jīng)常與細(xì)胞、DNA分子、細(xì)菌這些極其微小的物質(zhì)“打交道”，逐漸形成了生命科學(xué)與機(jī)械領(lǐng)域交叉的“跨學(xué)科”思維。
彼時(shí)，中國(guó)科學(xué)院剛啟動(dòng)“戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)”計(jì)劃，其中，B類先導(dǎo)突出原創(chuàng)性、引領(lǐng)性和學(xué)科交叉，“擴(kuò)展人類認(rèn)知的邊界”。受此啟發(fā)，劉連慶忍不住思考——如何創(chuàng)造一種大家沒(méi)聽(tīng)過(guò)、沒(méi)想過(guò)、沒(méi)見(jiàn)過(guò)的機(jī)器人系統(tǒng)？這成了他的一個(gè)科學(xué)夢(mèng)想。
正是在這樣的背景下，類生命機(jī)器人的想法發(fā)芽了。
劉連慶的妻子也是大學(xué)老師。夫妻二人在家常常交流科研工作，被一旁玩耍的大女兒（當(dāng)時(shí)4歲多）聽(tīng)了去。孩子很天真，她拿著自己最心愛(ài)的玩具“種”在花盆里，仰著小臉問(wèn)爺爺：“我想種一個(gè)玩具，明天能長(zhǎng)出來(lái)，爸爸的科學(xué)夢(mèng)想也是這樣嗎？”
隨后的十余年，劉連慶持續(xù)投入到類生命機(jī)器人的探索，陸續(xù)得到了中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部相關(guān)項(xiàng)目的支持。
而在2024“科學(xué)探索獎(jiǎng)”答辯現(xiàn)場(chǎng)，劉連慶所闡述的微納操控，則展現(xiàn)了拓寬科學(xué)邊界的更大“野心”。
傳統(tǒng)上，機(jī)器人被視為制造工具。劉連慶想：能不能將機(jī)器人變?yōu)闇y(cè)量工具？畢竟，在制造領(lǐng)域，“沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有制造”。
類生命機(jī)器人的發(fā)展，也同樣需要用到微納操控與測(cè)量。比如，在將帶有敏感離子通道的細(xì)胞“移植”到機(jī)器人系統(tǒng)的過(guò)程中，微納測(cè)量可以檢測(cè)到細(xì)胞表面的振動(dòng)，以及細(xì)胞的軟硬度，從而知道電信號(hào)的大小。
然而，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)并不容易。如果制造精度為10微米，測(cè)量精度則要達(dá)到1微米，這對(duì)機(jī)器人的精度和性能提出了更為嚴(yán)苛的要求。
“當(dāng)前，科學(xué)研究有‘四極’：向極宏觀拓展、向極微觀深入、向極端條件邁進(jìn)、向極綜合交叉發(fā)力?！眲⑦B慶的研究，同時(shí)具備后三“極”的特點(diǎn)。
失敗卻無(wú)低谷期：“鈍感力”是秘訣
結(jié)束答辯的次日上午，劉連慶照常來(lái)到沈陽(yáng)自動(dòng)化所，開(kāi)始了忙碌的工作。微信卻一直響，他拿出手機(jī)一看，都是好朋友發(fā)來(lái)的“獲獎(jiǎng)”祝賀消息。
“在科研過(guò)程中會(huì)不斷經(jīng)歷各種答辯，勝敗都是常事。這次獲獎(jiǎng)，很激動(dòng)。”劉連慶回憶起自己前兩次申請(qǐng)“科學(xué)探索獎(jiǎng)”失利后，女兒還安慰自己。
“太小瞧老爸了?！眲⑦B慶笑著說(shuō)，自己有一顆“大心臟”和超強(qiáng)的“鈍感力”，讓他能在科研之路上保持平和。
這種鈍感力并非麻木，而是一種專注于科研本身、不過(guò)度在意成敗的心態(tài)。當(dāng)被問(wèn)及有無(wú)“低谷期”時(shí)，劉連慶坦言：“有時(shí)在別人看來(lái)我有，但我沒(méi)感覺(jué)到?！?/p>
作為一位導(dǎo)師，曾經(jīng)有一件事令劉連慶“感到傷心”。有一篇他和學(xué)生投入很多心血的論文，歷經(jīng)三輪審稿，卻最終被國(guó)際期刊拒稿。他不為自己遺憾，而是心疼花了5年為“憋大招”、遲遲不愿發(fā)表論文的學(xué)生。尤其是在審稿過(guò)程中，這名學(xué)生高強(qiáng)度地連續(xù)補(bǔ)做了很多實(shí)驗(yàn)，僅回復(fù)意見(jiàn)就寫了40多頁(yè)。幸好，那篇論文最終在一本國(guó)內(nèi)頂尖期刊上順利發(fā)表，并獲得了良好的反響。在這條路上，他和學(xué)生堅(jiān)定走過(guò)的每一步，都算數(shù)。
劉連慶（一排正中）等與學(xué)生參加2024年機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議（ICRA 2024）
2024年，是劉連慶沖擊“科學(xué)探索獎(jiǎng)”的第3年。與前兩次答辯相比，這次他更加關(guān)注如何在滿足國(guó)家重大需求的范疇內(nèi)進(jìn)行前沿探索。
這一調(diào)整，讓他的答辯不僅有科學(xué)高度，更具現(xiàn)實(shí)意義——“在先進(jìn)制造領(lǐng)域，既要注重科學(xué)的發(fā)現(xiàn)，也要注重對(duì)國(guó)家的貢獻(xiàn)?！弊罱K，他贏得了評(píng)委的認(rèn)可。
“這是一個(gè)讓人著眼于未來(lái)的獎(jiǎng)項(xiàng)?！眲⑦B慶總結(jié)，過(guò)去的成績(jī)，只占整個(gè)答辯時(shí)間的一小部分，對(duì)未來(lái)的設(shè)想和規(guī)劃才是核心。
“科學(xué)探索獎(jiǎng)”2024年頒獎(jiǎng)典禮
比起獎(jiǎng)金和榮譽(yù)，劉連慶更珍視“科學(xué)探索獎(jiǎng)”為青年科學(xué)家們提供的交流平臺(tái)，尤其是學(xué)科碰撞的機(jī)會(huì)。他期待與更多優(yōu)秀的同輩交流，產(chǎn)生新的靈感。
“科學(xué)研究不能只停留在發(fā)論文上?！鄙蜿?yáng)自動(dòng)化所一位老師的話，讓劉連慶至今記憶猶新。如今，他的夢(mèng)想是做好基礎(chǔ)研究，既“頂天”又“立地”。
“科學(xué)探索，要從孩子開(kāi)始。”劉連慶希望，一代代人的熱愛(ài)匯成創(chuàng)新之流，奔向未來(lái)。
（記者 王兆昱）
