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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瓕嶒炇抑魅沃焓缽?qiáng)說，“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)時代

　　文 |《瞭望》新聞周刊記者 朱涵

　　在之江實驗室觸覺感知團(tuán)隊實驗室，《瞭望》新聞周刊記者見證了一束光的力量：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，打開保險柜，一套動作行云流水。機(jī)械手的“感覺”，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傳感器。

　　感而致知，而后致智。觸覺是人認(rèn)識并理解世界的重要手段。對人工智能而言，誰能研制出能夠捕捉極為微弱的壓力、超越人體觸覺感知極限的高性能觸覺傳感器，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)之江實驗室，以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，科研人員以大兵團(tuán)式的科研攻關(guān)，在世界科研競爭前沿與頂尖實驗室同臺競技。在觸覺感知領(lǐng)域，以微納光纖為人工神經(jīng)，研制高靈敏度的觸覺傳感器，讓團(tuán)隊初嘗領(lǐng)先滋味。

　　大兵團(tuán)式科研攻關(guān)

　　“機(jī)械手在開鎖時，能夠感覺到鑰匙所受到的阻力，因此能夠自主采用合適的力度來完成任務(wù)?！敝瓕嶒炇翌惾烁兄芯恐行母毖芯繂T肖建亮說。

　　觸覺感知是“五感”感知的重要一環(huán)，對實現(xiàn)由“感”到“知”的跨越至關(guān)重要。人們很早就意識到觸覺的重要。《易傳》有“寒暑相推而歲成也”，并在冷熱感知之上建立起樸素的時間觀。

　　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瓕嶒炇抑魅沃焓缽?qiáng)說，“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)時代。

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

　　智能感知是之江實驗室確立的主要研究方向之一。尋找機(jī)械手的“感覺”成為觸覺感知團(tuán)隊的共同目標(biāo)。

　　從生物學(xué)上看，人類的觸覺來源于皮膚，皮膚中的各種觸覺感受器對不同的外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)，各種刺激信號經(jīng)過神經(jīng)的傳遞，在大腦中進(jìn)行融合，實現(xiàn)觸覺感知。

　　目前，電子皮膚、仿生皮膚、數(shù)據(jù)手套等觸覺傳感相關(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傳感器研究取得了很大成功，但電子皮膚在使用過程中面臨電磁干擾、響應(yīng)時間、使用壽命和大面積集成等諸多挑戰(zhàn)。

　　針對這些痛點(diǎn)，之江實驗室觸覺感知團(tuán)隊另辟蹊徑，以微納光纖為人工神經(jīng)，打造高性能觸覺傳感器。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”。

　　之江實驗室類人感知研究中心觸覺感知團(tuán)隊長期跟蹤這一研究領(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)倏逝場對于外界刺激非常敏感，在制備新型觸覺傳感器時具有突出優(yōu)勢。

　　這讓蹊徑不孤。

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

　　“鼓勵自由探索，但不能信馬由韁”

　　蹊徑不孤的背后，之江實驗室這所政府、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到了新型科研組織模式的優(yōu)勢。

　　“鼓勵自由探索，但不能‘信馬由韁’。在之江實驗室，我體會到什么是‘有組織’地做科研?！毙そ琳f。

　　實驗室根據(jù)項目需要進(jìn)行人員組合，以觸覺感知團(tuán)隊為例，這個團(tuán)隊平均年齡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，為同一個目標(biāo)聚集在一起。

　　為了不同背景能夠組合在一起，之江實驗室打破傳統(tǒng)科研模式中不利于交叉創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，制定160余項新制度。比如，鼓勵多學(xué)科交叉會聚與多技術(shù)融合創(chuàng)新，在職稱評審、職級晉升等制度中，不強(qiáng)調(diào)論文指標(biāo)，更看重科研人員的實際貢獻(xiàn)。又如，針對提倡團(tuán)隊合作，在考核制度上做了相應(yīng)的創(chuàng)新性設(shè)計，在重大項目考核中，對骨干成員與團(tuán)隊負(fù)責(zé)人，幾乎是一樣的權(quán)重，激發(fā)團(tuán)隊成員密切合作?！拔覀兊某晒軌蛑苯佑玫綑C(jī)器人中心的項目上進(jìn)行驗證，智能計算團(tuán)隊的支持則幫助我們迅速解決了算法問題?！毙そ琳f。

　　目前，觸覺感知團(tuán)隊已研發(fā)出一系列極限條件下觸覺感知與微觀尺度下精密制動的系統(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，或者是人體無法分辨的0.01攝氏度的溫度變化，都會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。

　　實驗室里，機(jī)器手掠過裝滿了咖啡的一次性杯子的上方，就能“識別”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，咖啡則不會溢出。

　　“觸覺讓我們敏銳感知外界壓力、溫度等環(huán)境因素的微小變動，得以安全、高效地應(yīng)對環(huán)境變化。”張磊說。

　　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)家開普勒提出了假設(shè)：彗星尾部所指的方向總是背離太陽，或許是因為受到了太陽光的“吹拂力”。之后，科學(xué)家從理論和實踐中，證實了這一點(diǎn)，并測出光壓的大小。

　　這意味著傳感器能夠測試10的負(fù)12次方牛頓的力。對人類的感受而言，這樣的力實在是微乎其微。對人工智能而言，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目

　　“在之江實驗室能夠快速組織團(tuán)隊，可以自主設(shè)立課題，但在這里做事也很難，因為必須要拿出看得見、摸得著的干貨來?！睆埨谡f。

　　一批大膽布局新賽道的科研項目正在按計劃推進(jìn)，觸覺感知團(tuán)隊也在實現(xiàn)更多科學(xué)暢想：

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

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

　　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)。

　　分子層面的觸覺研究已經(jīng)取得突破，但是類人觸覺感知與高保真觸覺再現(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)器人的觸覺信息通道。”張磊說，他們將向科學(xué)的山巔發(fā)起新一輪沖刺。

責(zé)任編輯：駱?biāo)加?