創新的腳步永不停歇

文／本刊記者 孫宏波

他是一位年輕的科學家：25 歲就參與組建出了我國第一套納米操作機器人系統；31 歲獲得“IEEE 機器人與自動化學會青年科學家獎”；34 歲獲得國家自然科學基金委優青項目支持；37 歲獲得“中國自動化領域年度人物”稱號；39 歲獲得國家自然科學基金委杰青項目支持；如今剛滿41 歲，已率領團隊在微納機器人和類生命機器人領域取得多項研究成果，引起國內外媒體和學術界的極大關注……他，就是劉連慶。

從中國科學院沈陽自動化研究所研究生、副研究員、研究員、博士生導師，到類生命機器人交叉創新團隊負責人、機器人學研究室副主任、機器人學研究室主任，劉連慶一路走來，不斷拼搏、不斷攀登、不斷突破，以開拓創新和實干擔當踐行著科技強國中國夢。

敢為人先，勇于創新 他是類生命機器人領域的開拓者

2002 年，劉連慶從鄭州大學畢業后，懷揣著“科技強國”夢想，考入中國科學院沈陽自動化研究所讀研究生。當時，研究所剛開辟出一個與納米相關的前沿方向，就是基于機器人的理念，研究一種能夠精確操作分子、原子的新型機電系統——納米操作機器人。在導師的引導下，劉連慶很快投入到這項具有開拓性的科研工作中。

“這是機器人領域的全新方向，可供借鑒的資料和研究數據很少，一切都要從零開始。”談起當年的情景，劉連慶頗有感觸。他年節無休埋頭在實驗中，為了一個數據，連續幾天幾夜奮戰在實驗室都是常事。經過不懈努力，2005 年，劉連慶參與組建出了我國第一套納米操作機器人系統，實現了“讓看不見的看得到、讓摸不到的摸得著”，在納米尺度下的系統建模方法、三維納觀力獲取與感知、任務空間的實時反饋等方面取得很多突破，解決了長期阻礙納米操作發展的難題。

“創新是第一動力，科學研究必須不斷開拓進取，走出自己的創新之路。”劉連慶意識到：多學科深度交叉融合是當今科學界發展的大趨勢，更是機器人領域的重要指引方向。“傳統的機器人，本質上仍然是機電系統，提升感知和驅動等能力空間有限。而自然界卻能給人們無限的啟迪，生物體經過數十億年的演變進化，具有機電系統難以比擬的優勢。”劉連慶說。

“蒙上響尾蛇的眼睛，它依然可以精準捕獲獵物，因為它有一個特殊的結構，能通過蛋白質的折疊和離子通道的觸發感知紅外線。”談起這些，劉連慶眼中閃爍著光芒。

響尾蛇頰窩面積只有1 平方毫米，卻能覺察環境中0.001℃的溫度變化，從而靈敏地發現獵物。目前的商用紅外感知器件依靠電子躍遷進行檢測，不僅需要大體積的冷卻系統輔助，而且很難達到響尾蛇的感知精度和頻譜寬度。“依靠‘光、機、電’運行的機械，無法模擬這種精巧的生物活性機制。那我們的出路在哪里？”劉連慶說，“把生命系統融合進機電系統里！”

2011 年，劉連慶帶領他的團隊，聯合國內生命科學領域專家開始了將生命體與傳統機器人有機結合的科研探索，為機器人技術的發展提供創新性的思路，并創造出全新的機器人——類生命機器人。

自概念提出以來，在10 年時間里，劉連慶帶領團隊大膽創新，努力將類生命機器人的科研線索理清、將任務分解、將目標細化，艱難地取得了從無到有、從0 到1 的突破性進展。為了推演類生命基礎理論，他承受了跨學科學習知識的煎熬；為了完成復雜的細胞—機電融合實驗，他犧牲了大部分節假日休息時間；為了申請項目和參加學術研討，他放棄了與家人團聚的機會……

在劉連慶和團隊的不懈努力下，他們接連破解類生命機器人觀測、操控、感知和驅動技術難題，取得了一系列研究成果。

在觀測方面，研發出了微球超透鏡近場光學成像的新原理和新機制，實現了自然光照條件下動態掃描50nm 的分辨率，使機器人具備了在納米尺度上對作業環境進行實時、動態觀測的能力。在操控方面，研制出了基于光誘導電液動力學的活體生物組織操控系統，實現了光誘導介電泳的性能標定與優化，解決了生理環境下活性生物組織無損精確操控與制造的難題。在驅動方面，找到了基于系統科學的細胞多維信息獲取方法，首次實現了從單分子到單細胞尺度的實時激勵與同步響應獲取，解決了時變性活體生物細胞無法精確表征等難題。

一心堅守，樂于奉獻 他帶出一支能打硬仗的團隊

“搞科研需要長時間的付出和投入，好的成果更需要時間的積累。”談起做科研的枯燥與艱辛，劉連慶深有感觸。

熟悉劉連慶的人都知道，他的工作日程很有規律：每天早晨8 點前到研究所，晚上8 點以后才回家。無論行政工作多忙，他都要抽空到實驗室和團隊成員們一起研究問題或做實驗。而他自己的生活卻很沒規律，忙起來更是饑一頓飽一頓。

由于長期超負荷工作，飲食沒有規律，2011 年，劉連慶被查出患有腎結石，但他根本就沒放在心上。直到2016 年的一天，腎結石引起了積水，他疼得直不起腰來，才去醫院治療。醫生建議他立即手術，為了不影響工作，他忍著劇痛硬是堅持了兩個月才在春節放假期間做了手術。即使在住院期間，劉連慶也沒讓自己閑著，他一邊治療一邊和醫生們討論機器人在醫療系統的應用，并找到了用微納機器人治療腎病的研究方向。

作為研究室的黨支部書記，劉連慶深知：以身作則是最好的影響他人的方式。劉連慶用他的實際行動帶出了一支樂于奉獻、能打硬仗的團隊。

2020 年年初，新冠肺炎疫情暴發后，劉連慶所在支部黨員、研究員劉浩給多家醫院打電話，問了同一個問題：應對疫情，你們需要什么樣的機器人？幾乎在同一時間，遠在廣州的鐘南山團隊提了一個具體需求：“我們需要一個能做咽拭子采樣的機器人。”在與鐘南山團隊達成合作意向后，在劉連慶的帶領下，劉浩立即和同事展開科研攻關。在高強度推進下，機器人做出來了。“能不能到醫院來調試？”廣州的醫生詢問。“有過猶豫，怕家里人擔心。”劉浩坦承，但他還是答應下來，“既然做了，就要讓一線的醫生能用好。”2 月24 日，劉浩和同事從沈陽飛往廣州，調試、磨合，2月28 日正式開始受試者的檢測。一周后，臨床試驗顯示，機器人咽拭子采樣一次成功率在95%以上。

2020 年8 月，飛行機器人團隊赴青藏高原實施了首次高海拔冰川與湖泊機器人自動化科學考察研究應用。高寒缺氧環境，對科研人員的日常工作與生活都提出了巨大挑戰。面對困難，科研人員沒有絲毫退縮。他們每天搬運20 公斤的無人機系統進行校磁，更換調試無人機電池、載荷電池，完成科考飛行任務，工作時間長達10-12 小時。他們還多次往返位于拉薩的中國科學院青藏高原研究所、納木錯科考站以及廓瓊崗日冰川等多地，完成了10 余項科考任務，取得了重要突破和進展。

探索、攀登、創新、奉獻，在微納操控和類生命機器人研究這條道路上，劉連慶走得穩健有力。“創新之路永無止境。”劉連慶說，“為建設創新型國家和世界科技強國貢獻自己的全部力量，既是科研人員的使命和目標，更是一名共產黨員的責任和擔當！”