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

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，他不知道该干嘛，对课题也没什么想法，成为了实验室里最晚去、最早走的“摸鱼人”。但他对科研仍心存热爱，且远赴大洋彼岸一心求学的初心也不允许这种状态持续，于是他逼着自己做出改变，靠夜以继日地做实验填补内心的迷茫，从而走出“牢笼”。

逐渐地，他在两年的自我淬炼中脱胎换骨，找到了读博的真正意义，并在1月9日收获了人生中第一篇PNAS论文——在尹杰的带领下，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（左）与尹杰（右）

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，这也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，他认为这是一个比较新的领域，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大功夫。

“我们这款软体机器人由带状液晶弹性体制成，像麻花一样扭曲，把两端粘在一起，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，就会自主地滚动，表面温度越高，机器人滚动的速度就越快。”论文通讯作者尹杰在接受《中国科学报》采访时介绍。

在发热平板上，液晶弹性体机器人通过吸收热量，自发产生自转以及公转的运动

有趣的是，该机器人能产生三种运动：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。这款软体机器人是由物理智能控制行为，这意味着它们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来决定。

“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。

当采用荧光涂料附于机器人上时，即便在黑暗的环境中，该机器人可以完成对未知形状的探索

“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，它都能够找到边缘，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在接受《中国科学报》采访时说。

“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。

投稿历经曲折，与PNAS再续前缘

早在两年前，尹杰团队就已经有一篇关于“螺丝粉”（即Rotini：条螺旋状的意大利面）机器人的论文发表在PNAS上。所以这次，他们打算冲一下Nature。

然而，最强调创新性的Nature杂志给他们“吃了闭门羹”，Nature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的最大卖点在于结构设计。“因为结构设计不同，使得软体机器人的所有行为都发生了改变，形成机理也完全不一样。它就是一个新的东西！”

为了更好地介绍这款机器人以及背后的机制原理，他们删删改改，前前后后折腾了很长时间，精心“打造”出长达4000多字的文章。抱着再试一试的心态，他们把文章转投给Science。

Science的编辑认为这项研究的确非常有意思，但提出了两个问题：一是嫌文章太长，字数太多；二是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。

在改文章或者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。

这篇文章中介绍软体机器人的一种全新的、周期性的运动模式，受到了PNAS所有审稿人的肯定，审稿过程很顺利，只经历了一轮便轻松过关。

“虽然投Nature和Science都失败了，但也有一定的好处，根据这两个杂志的编辑给出的意见，我们的确对文章做了雕琢，把这款软体机器人的介绍、不同点、创新点讲述得更加明白。这也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”

漆方杰

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，他选择出国继续深造。

在择校时，漆方杰有自己的一套想法。“我就认准大城市的高校，因为大城市里不光生活便利，更重要的是有很多制造业的展览会，我可以在那里接触到最先进的工业设备、仪器，这种机会对日后的科研肯定大有裨益。”

最终在收到的众多offer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读博的人。

尹杰

“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、不停地调整，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，根本不知道从何着手。“虽然与前一种软体机器人用的是同一种材料，但尹老师并没对我有任何的任务要求，而是让我尽可能地试试看。”

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。所以一开始我真的非常迷茫，也很痛苦，是课题组里每天最晚到、最早走的，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，他意识到必须做出改变。同组的师兄师弟给了他很多实用的建议，比如一定要迈过心中的郁结，努力去尝试做实验。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，被他设计成了一个环状，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，你们是给自己干活。”有了为自己热爱的科研而努力的内驱动力，漆方杰也找到了读博真正的意义。

“前面的过程越痛苦，后面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，很可能你就是全世界第一个看到这个现象的人，这种幸福感无可替代。

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312680121

*本文图片均由受访者提供