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　　“攻克‘卡脖子’技術(shù)需要大兵團(tuán)式的科研攻關(guān)?！敝瓕?shí)驗(yàn)室主任朱世強(qiáng)說(shuō)，“單打獨(dú)斗”和“包打天下”全譜系創(chuàng)新的科研模式已不適應(yīng)多學(xué)科交叉、投入強(qiáng)度大、目標(biāo)宏大的大科學(xué)時(shí)代

　　文 |《瞭望》新聞周刊記者 朱涵

　　在之江實(shí)驗(yàn)室觸覺(jué)感知團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室，《瞭望》新聞周刊記者見(jiàn)證了一束光的力量：一只機(jī)械手將鑰匙插入鎖口，向右旋轉(zhuǎn)90度，輕輕向后帶出柜門(mén)，打開(kāi)保險(xiǎn)柜，一套動(dòng)作行云流水。機(jī)械手的“感覺(jué)”，主要依靠“光學(xué)皮膚”。這束光的背后，是微納光纖為核心元件研制的高靈敏度的觸覺(jué)傳感器。

　　感而致知，而后致智。觸覺(jué)是人認(rèn)識(shí)并理解世界的重要手段。對(duì)人工智能而言，誰(shuí)能研制出能夠捕捉極為微弱的壓力、超越人體觸覺(jué)感知極限的高性能觸覺(jué)傳感器，就有望在智能機(jī)器人等前沿研究領(lǐng)域拔得頭籌。

　　在新型研發(fā)機(jī)構(gòu)之江實(shí)驗(yàn)室，以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，科研人員以大兵團(tuán)式的科研攻關(guān)，在世界科研競(jìng)爭(zhēng)前沿與頂尖實(shí)驗(yàn)室同臺(tái)競(jìng)技。在觸覺(jué)感知領(lǐng)域，以微納光纖為人工神經(jīng)，研制高靈敏度的觸覺(jué)傳感器，讓團(tuán)隊(duì)初嘗領(lǐng)先滋味。

　　大兵團(tuán)式科研攻關(guān)

　　“機(jī)械手在開(kāi)鎖時(shí)，能夠感覺(jué)到鑰匙所受到的阻力，因此能夠自主采用合適的力度來(lái)完成任務(wù)?！敝瓕?shí)驗(yàn)室類人感知研究中心副研究員肖建亮說(shuō)。

　　觸覺(jué)感知是“五感”感知的重要一環(huán)，對(duì)實(shí)現(xiàn)由“感”到“知”的跨越至關(guān)重要。人們很早就意識(shí)到觸覺(jué)的重要?！兑讉鳌酚小昂钕嗤贫鴼q成也”，并在冷熱感知之上建立起樸素的時(shí)間觀。

　　感知然后執(zhí)行，具備了這兩種能力，機(jī)器人就能更好地實(shí)現(xiàn)類人、仿生智能。大數(shù)據(jù)是人工智能的基礎(chǔ)，傳感技術(shù)是獲取數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，也是我國(guó)的技術(shù)瓶頸所在。

　　當(dāng)前科研范式之下，“攻克‘卡脖子’技術(shù)需要大兵團(tuán)式的科研攻關(guān)?！敝瓕?shí)驗(yàn)室主任朱世強(qiáng)說(shuō)，“單打獨(dú)斗”和“包打天下”全譜系創(chuàng)新的科研模式已不適應(yīng)多學(xué)科交叉、投入強(qiáng)度大、目標(biāo)宏大的大科學(xué)時(shí)代。

　　在“高原造峰”的原則下，之江實(shí)驗(yàn)室從國(guó)內(nèi)外集聚了一支頂尖科研團(tuán)隊(duì)，在重大任務(wù)策劃委員會(huì)的指導(dǎo)下，挖掘布局了一批具有原創(chuàng)性引領(lǐng)性戰(zhàn)略性的科研項(xiàng)目。成立5年來(lái)，之江實(shí)驗(yàn)室聚集近4000名研究人員，高密度承擔(dān)國(guó)家戰(zhàn)略科技任務(wù)。

　　智能感知是之江實(shí)驗(yàn)室確立的主要研究方向之一。尋找機(jī)械手的“感覺(jué)”成為觸覺(jué)感知團(tuán)隊(duì)的共同目標(biāo)。

　　從生物學(xué)上看，人類的觸覺(jué)來(lái)源于皮膚，皮膚中的各種觸覺(jué)感受器對(duì)不同的外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)，各種刺激信號(hào)經(jīng)過(guò)神經(jīng)的傳遞，在大腦中進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)感知。

　　目前，電子皮膚、仿生皮膚、數(shù)據(jù)手套等觸覺(jué)傳感相關(guān)領(lǐng)域的研究在蓬勃發(fā)展，基于電學(xué)原理的電子皮膚觸覺(jué)傳感器研究取得了很大成功，但電子皮膚在使用過(guò)程中面臨電磁干擾、響應(yīng)時(shí)間、使用壽命和大面積集成等諸多挑戰(zhàn)。

　　針對(duì)這些痛點(diǎn)，之江實(shí)驗(yàn)室觸覺(jué)感知團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，以微納光纖為人工神經(jīng)，打造高性能觸覺(jué)傳感器。微納光纖是一種直徑在微納尺度的光纖，粗細(xì)相當(dāng)于頭發(fā)的幾十分之一，是一種直徑接近或小于傳輸光波長(zhǎng)的介質(zhì)。2003年，浙江大學(xué)童利民教授在《自然》雜志發(fā)表論文，首次介紹了微納光纖的制備方法和光學(xué)傳輸特性之后，微納光纖成為光學(xué)領(lǐng)域的研究前沿之一，被譽(yù)為“下一代光纖”。

　　之江實(shí)驗(yàn)室類人感知研究中心觸覺(jué)感知團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期跟蹤這一研究領(lǐng)域的前沿變化，負(fù)責(zé)人張磊教授介紹，微納光纖外圍的強(qiáng)倏逝場(chǎng)對(duì)于外界刺激非常敏感，在制備新型觸覺(jué)傳感器時(shí)具有突出優(yōu)勢(shì)。

　　這讓蹊徑不孤。

　　之江實(shí)驗(yàn)室的研究人員操作機(jī)械手借助觸覺(jué)反饋穩(wěn)定抓取易變形常見(jiàn)物品（2022年2月17日攝） 周立超攝

　　“鼓勵(lì)自由探索，但不能信馬由韁”

　　蹊徑不孤的背后，之江實(shí)驗(yàn)室這所政府、高校、企業(yè)三方共建，混合所有制事業(yè)單位性質(zhì)的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，讓科研人員充分體會(huì)到了新型科研組織模式的優(yōu)勢(shì)。

　　“鼓勵(lì)自由探索，但不能‘信馬由韁’。在之江實(shí)驗(yàn)室，我體會(huì)到什么是‘有組織’地做科研?！毙そ琳f(shuō)。

　　實(shí)驗(yàn)室根據(jù)項(xiàng)目需要進(jìn)行人員組合，以觸覺(jué)感知團(tuán)隊(duì)為例，這個(gè)團(tuán)隊(duì)平均年齡30歲左右，有20名科研人員，其中全職的13人，其余為雙聘人員。光電、材料、力學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子、生物醫(yī)學(xué)工程等不同學(xué)科背景的成員，為同一個(gè)目標(biāo)聚集在一起。

　　為了不同背景能夠組合在一起，之江實(shí)驗(yàn)室打破傳統(tǒng)科研模式中不利于交叉創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，制定160余項(xiàng)新制度。比如，鼓勵(lì)多學(xué)科交叉會(huì)聚與多技術(shù)融合創(chuàng)新，在職稱評(píng)審、職級(jí)晉升等制度中，不強(qiáng)調(diào)論文指標(biāo)，更看重科研人員的實(shí)際貢獻(xiàn)。又如，針對(duì)提倡團(tuán)隊(duì)合作，在考核制度上做了相應(yīng)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，在重大項(xiàng)目考核中，對(duì)骨干成員與團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，幾乎是一樣的權(quán)重，激發(fā)團(tuán)隊(duì)成員密切合作?！拔覀兊某晒軌蛑苯佑玫綑C(jī)器人中心的項(xiàng)目上進(jìn)行驗(yàn)證，智能計(jì)算團(tuán)隊(duì)的支持則幫助我們迅速解決了算法問(wèn)題。”肖建亮說(shuō)。

　　目前，觸覺(jué)感知團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出一系列極限條件下觸覺(jué)感知與微觀尺度下精密制動(dòng)的系統(tǒng)和器件。

　　“微納光纖傳感器能夠感受到極為微弱的變化。比如一?；ǚ鄣穆湎?、一段悠揚(yáng)的音樂(lè)，或者是人體無(wú)法分辨的0.01攝氏度的溫度變化，都會(huì)造成封裝在柔性薄膜中微納光纖輸出光譜的顯著改變?！睆埨谡f(shuō)。

　　實(shí)驗(yàn)室里，機(jī)器手掠過(guò)裝滿了咖啡的一次性杯子的上方，就能“識(shí)別”冷熱。杯子柔軟易變形，機(jī)器人借助微納光纖的力傳感控制抓力，杯子能被穩(wěn)穩(wěn)抓起，咖啡則不會(huì)溢出。

　　“觸覺(jué)讓我們敏銳感知外界壓力、溫度等環(huán)境因素的微小變動(dòng)，得以安全、高效地應(yīng)對(duì)環(huán)境變化?！睆埨谡f(shuō)。

　　在一些領(lǐng)域，微納光纖傳感器已能超越人類極限，比如夠感受到一束光的照射。1619年，著名天文學(xué)家開(kāi)普勒提出了假設(shè)：彗星尾部所指的方向總是背離太陽(yáng)，或許是因?yàn)槭艿搅颂?yáng)光的“吹拂力”。之后，科學(xué)家從理論和實(shí)踐中，證實(shí)了這一點(diǎn)，并測(cè)出光壓的大小。

　　這意味著傳感器能夠測(cè)試10的負(fù)12次方牛頓的力。對(duì)人類的感受而言，這樣的力實(shí)在是微乎其微。對(duì)人工智能而言，擁有超越人類極限的能力，則意味著能夠勝任更多更復(fù)雜的任務(wù)。

　　大膽布局新賽道科研項(xiàng)目

　　“在之江實(shí)驗(yàn)室能夠快速組織團(tuán)隊(duì)，可以自主設(shè)立課題，但在這里做事也很難，因?yàn)楸仨氁贸隹吹靡?jiàn)、摸得著的干貨來(lái)?！睆埨谡f(shuō)。

　　一批大膽布局新賽道的科研項(xiàng)目正在按計(jì)劃推進(jìn)，觸覺(jué)感知團(tuán)隊(duì)也在實(shí)現(xiàn)更多科學(xué)暢想：

　　比如，基于微納光纖的感知原理，觸覺(jué)傳感器可以貼在皮膚上監(jiān)測(cè)生理指標(biāo)，還能與手套集成，感知手部關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)操控；

　　在智能醫(yī)療領(lǐng)域，微納光纖觸覺(jué)傳感器提供輕量、便捷、無(wú)感的指標(biāo)測(cè)量服務(wù)，優(yōu)化脈搏、呼吸率和體溫等生理指標(biāo)的測(cè)量體驗(yàn)；

　　在家政服務(wù)領(lǐng)域，擁有這款類人皮膚的機(jī)器人，以敏銳的觸覺(jué)感知為基礎(chǔ)，為老人和小孩提供更安全的呵護(hù)。

　　分子層面的觸覺(jué)研究已經(jīng)取得突破，但是類人觸覺(jué)感知與高保真觸覺(jué)再現(xiàn)技術(shù)仍然面臨很多難題與挑戰(zhàn)。

　　“我們希望構(gòu)建自然人、數(shù)字人與機(jī)器人的觸覺(jué)信息通道。”張磊說(shuō)，他們將向科學(xué)的山巔發(fā)起新一輪沖刺。

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