北京交通大學(xué)“90后”教師李振坤：前沿科技的探索者

　　在今年的中關(guān)村論壇上，一款獲得2024年全國(guó)發(fā)明展覽會(huì)金獎(jiǎng)與北京發(fā)明創(chuàng)新大賽金獎(jiǎng)的流變機(jī)器人（Rheobot）備受關(guān)注，成為焦點(diǎn)。這款機(jī)器人是北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院90后教師李振坤和他的團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)5年潛心研發(fā)取得的前沿科技成果。作為新時(shí)代的青年人，李振坤說(shuō)：“這款機(jī)器人是我和團(tuán)隊(duì)努力的結(jié)晶，未來(lái)我還將和團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在前沿科技領(lǐng)域不斷探索。同時(shí)我要做前沿科技的探索者和科普者，推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展。”

　　桌面級(jí)4D打印機(jī)填補(bǔ)空白

　　2019年，博士畢業(yè)后的李振坤不斷在智能制造、新材料與機(jī)器人等多學(xué)科交叉領(lǐng)域深耕。他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在多個(gè)研究方向上取得成果，共發(fā)表高水平SCI論文40余篇。他還申請(qǐng)了30余項(xiàng)相關(guān)發(fā)明專利，其中多項(xiàng)已實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白。他深知，在這個(gè)日新月異的時(shí)代，唯有不斷創(chuàng)新，才能走在科技的最前沿。2021年博士后出站后，李振坤回到母校北京交通大學(xué)任教，不僅出色完成了教學(xué)任務(wù)，更在科研與科普領(lǐng)域?qū)覄?chuàng)佳績(jī)。4D打印技術(shù)及流變機(jī)器人研發(fā)就是其中之一。

　　談到4D打印技術(shù)，李振坤坦言這要從2019年說(shuō)起。當(dāng)時(shí)，軟體機(jī)器人領(lǐng)域正逐漸嶄露頭角，但受限于材料和技術(shù)的瓶頸，其發(fā)展一直難以取得突破性進(jìn)展。傳統(tǒng)的軟體機(jī)器人大多依賴于彈性材料的變形，但其變形方式相對(duì)固定，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。剛剛完成博士學(xué)位的他敏銳地意識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的真正突破，必須尋找一種全新的材料和技術(shù)。

　　在一次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上，李振坤了解到4D打印技術(shù)的潛力，那就是可使物體在受到外界刺激時(shí)能夠自動(dòng)變形。“這也讓我意識(shí)到，如果將4D打印技術(shù)與軟體機(jī)器人相結(jié)合，或許能夠解決軟體機(jī)器人變形受限的問(wèn)題。”李振坤說(shuō)。

　　然而，要將這一想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并非易事。2021年，回到母校北京交通大學(xué)任教的李振坤，組建了一支由10名青年博碩士組成的多學(xué)科交叉科研團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始了朝世界科技前沿的艱難探索。他們首先面臨的挑戰(zhàn)就是材料的選擇問(wèn)題。“傳統(tǒng)的智能材料在響應(yīng)性和記憶性方面存在諸多不足，難以滿足軟體機(jī)器人的需求。”李振坤介紹，經(jīng)過(guò)前期的計(jì)算分析和后期的反復(fù)試驗(yàn)與篩選，他們最終發(fā)明出一種磁控流變記憶材料，這種材料不僅對(duì)外界刺激具有響應(yīng)性，而且表現(xiàn)出一定的記憶性。但材料的突破僅是第一步，接下來(lái)的4D打印工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化又成為需要突破的難題。

　　李振坤團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的嘗試和改進(jìn)，最終成功開(kāi)發(fā)出一種多材料4D打印技術(shù)，能夠精確控制材料的分布和形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了軟體機(jī)器人的精確制造。“過(guò)去的技術(shù)制作一個(gè)軟體機(jī)器人需要5到10個(gè)小時(shí)，我們現(xiàn)在通過(guò)簡(jiǎn)化4D打印的工藝把這一過(guò)程縮減到10分鐘以內(nèi)。”李振坤說(shuō)。為了將這一技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向市場(chǎng)，李振坤與中關(guān)村相關(guān)企業(yè)合作，研發(fā)出了全球首臺(tái)桌面級(jí)4D打印機(jī)Mag4DPrinter并入選中關(guān)村論壇常設(shè)展，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。

　　全球首款流變機(jī)器人亮相

　　隨著技術(shù)的不斷成熟，李振坤團(tuán)隊(duì)開(kāi)始著手進(jìn)行新型軟體機(jī)器人的研發(fā)。“最理想的軟體形式其實(shí)是液體流動(dòng)，科幻作品中就有很多液體機(jī)器人的形象，比如‘終結(jié)者’、‘毒液’等，但是這類液體機(jī)器人由于缺少仿生原型，使其難以對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行感知和有效調(diào)控，無(wú)法拓展到實(shí)際應(yīng)用。”李振坤談道，他們團(tuán)隊(duì)根據(jù)自主研發(fā)的磁控流變記憶材料在2023年發(fā)表的一篇論文中在全世界首次提出了流變機(jī)器人（Rheobot）的概念，并設(shè)計(jì)了全球第一款能夠自如進(jìn)行變形運(yùn)動(dòng)的流變機(jī)器人。

　　如今，李振坤團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的流變機(jī)器人技術(shù)已能夠通過(guò)實(shí)時(shí)感知自身內(nèi)部材料的分布和流動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)真正的智能控制。在未來(lái)的應(yīng)用中，這款機(jī)器人將有望在體內(nèi)治療、軍事偵察、星際探索、智能穿戴等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。