让机器人拥有生命！他历经3年斩获“科学探索奖”

学术 2024-11-07 20:06 北京

文 | 《中国科学报》记者王兆昱

10月19日，在第六届“科学探索奖”颁奖典礼上，获奖科学家携亲属在红毯上亮相。中国科学院沈阳自动化研究所（以下简称沈阳自动化所）研究员刘连庆一家四口也不例外。

刘连庆的小女儿盼着走红毯，已经盼了3年。8岁的她一心想穿上梦寐以求的公主裙，和爸爸一起走在聚光灯下。今年，她终于如愿了。

刘连庆一家四口走红毯

“科学探索奖”于2018年设立，由杨振宁、饶毅、施一公、潘建伟等14位知名科学家与腾讯公司创始人马化腾共同发起，是目前国内金额最高的青年科技人才资助项目之一。奖项面向基础科学和前沿技术领域，每年遴选不超过50位获奖人，每位获奖人在5年内获得总计300万元人民币奖金，且可自由支配。

对刘连庆而言，这3年的等待远不止于一场红毯秀。带着对类生命机器人与微纳操控的未来设想，他曾三次站在“科学探索奖”的答辩台上。在经历两次失败后，他愈挫愈勇。

“科研历程中胜败乃兵家常事。”刘连庆笑着说，但自己“钝感力”很强，最后能成功就很开心。

“‘坚持’干一件事不如热爱干一件事，坚持给人的感觉是被动的，而热爱是主动的。只有热爱，才能进入心流状态，走得更长远。”刘连庆说。

刘连庆

机器人有生命？这不是科幻

机器人能拥有“生命”？听起来像是科幻，但在2024年“科学探索奖”的答辩现场，刘连庆带来了这一设想的现实版本。

他分享了自己两个“面向未来”的研究方向：一个是类生命机器人，另一个则是对先进制造至关重要的微纳操控。

想象一下，当你切开一个机器人，看到的不再是电线和电路板，而是肌肉、血液、细胞这样的生命系统。这种机器人不仅具有人形外观，还具备真正的生命机制。

这正是刘连庆的类生命机器人构想。为了将这一“天方夜谭”背后的解决思路和支撑工作阐释清楚，刘连庆在40页答辩PPT之外，又特意准备了40页补充材料，专门用来回答评委提出的问题。

“目前的仿生机器人，无论是‘大狗’等四足机器人，还是各种人形机器人，都只是模仿生命的外形。”刘连庆介绍，而类生命机器人将在分子细胞的尺度上，实现机电系统与生命系统的融合。

“机器人最核心的三大功能——感知、驱动与智能，当下依赖的都是机电系统。我们要把感知变成生命感知，驱动变成肌肉，智能变成神经涌现。”刘连庆补充。

类生命机器人设想

几年来，刘连庆的设想正逐步转化为现实——将响尾蛇感受热红外信号的离子通道“放进”机器人系统，就是一个最好的例子。

要知道，现有的红外传感器依赖半导体原理，在极低的冷却温度下，才勉强达到0.01K的感知精度。

而响尾蛇能在自然环境中，凭借眼睛下方颊窝处一个微小的离子通道，精准感知红外信号。在常温常压下，精度达到0.001K。

刘连庆与中国科学院成都生物研究所、上海药物所和中国科大的同事合作，详细探究了响尾蛇感受红外的物理机制。

“将大自然亿万年进化的成果直接应用到机器人身上。”带着这样的想法，刘连庆与合作者一起，将蛋白提纯，表达在模式细胞上，并将细胞组成器件。就这样，机器人被赋予了类似响尾蛇机理的生命感知能力。

刘连庆介绍，团队还在探索如何将肌肉纤维引入机器人系统，以实现生命驱动。

在智能方面，刘连庆团队也在进行开创性尝试。他们通过3D打印和体外培养大脑细胞，让机器人基于“碳基大脑”进行简单的路标识别，并沿着特定路径自主行走。

类生命机器人的潜在路线图

“种”出一个科学梦想

刘连庆的另一个方向——微纳操控，则是类生命机器人思想的起点。

“在我的研究体系里，这两个方向就像DNA的双螺旋。它们扭打缠抱在一起，不断向前推动。”刘连庆笑着说。

在提出类生命机器人概念前，微纳机器人是刘连庆研究十多年的“老本行”。微纳机器人，顾名思义，是微型机器人和纳米机器人。它们潜力巨大，可以进入人体细小的血管分支，完成精准医疗。

在此过程中，刘连庆经常与细胞、DNA分子、细菌这些极其微小的物质“打交道”，逐渐形成了生命科学与机械领域交叉的“跨学科”思维。

彼时，中国科学院刚启动“战略性先导科技专项”计划，其中，B类先导突出原创性、引领性和学科交叉，“扩展人类认知的边界”。受此启发，刘连庆忍不住思考——如何创造一种大家没听过、没想过、没见过的机器人系统？这成了他的一个科学梦想。

正是在这样的背景下，类生命机器人的想法发芽了。

刘连庆的妻子也是大学老师。夫妻二人在家常常交流科研工作，被一旁玩耍的大女儿（当时4岁多）听了去。孩子很天真，她拿着自己最心爱的玩具“种”在花盆里，仰着小脸问爷爷：“我想种一个玩具，明天能长出来，爸爸的科学梦想也是这样吗？”

随后的十余年，刘连庆持续投入到类生命机器人的探索，陆续得到了中国科学院、国家自然科学基金委、科技部相关项目的支持。

而在2024“科学探索奖”答辩现场，刘连庆所阐述的微纳操控，则展现了拓宽科学边界的更大“野心”。

传统上，机器人被视为制造工具。刘连庆想：能不能将机器人变为测量工具？毕竟，在制造领域，“没有测量就没有制造”。

类生命机器人的发展，也同样需要用到微纳操控与测量。比如，在将带有敏感离子通道的细胞“移植”到机器人系统的过程中，微纳测量可以检测到细胞表面的振动，以及细胞的软硬度，从而知道电信号的大小。

然而，这一目标的实现并不容易。如果制造精度为10微米，测量精度则要达到1微米，这对机器人的精度和性能提出了更为严苛的要求。

“当前，科学研究有‘四极’：向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力。”刘连庆的研究，同时具备后三“极”的特点。

失败却无低谷期：“钝感力”是秘诀

结束答辩的次日上午，刘连庆照常来到沈阳自动化所，开始了忙碌的工作。微信却一直响，他拿出手机一看，都是好朋友发来的“获奖”祝贺消息。

“在科研过程中会不断经历各种答辩，胜败都是常事。这次获奖，很激动。”刘连庆回忆起自己前两次申请“科学探索奖”失利后，女儿还安慰自己。

“太小瞧老爸了。”刘连庆笑着说，自己有一颗“大心脏”和超强的“钝感力”，让他能在科研之路上保持平和。

这种钝感力并非麻木，而是一种专注于科研本身、不过度在意成败的心态。当被问及有无“低谷期”时，刘连庆坦言：“有时在别人看来我有，但我没感觉到。”

作为一位导师，曾经有一件事令刘连庆“感到伤心”。有一篇他和学生投入很多心血的论文，历经三轮审稿，却最终被国际期刊拒稿。他不为自己遗憾，而是心疼花了5年为“憋大招”、迟迟不愿发表论文的学生。尤其是在审稿过程中，这名学生高强度地连续补做了很多实验，仅回复意见就写了40多页。幸好，那篇论文最终在一本国内顶尖期刊上顺利发表，并获得了良好的反响。在这条路上，他和学生坚定走过的每一步，都算数。

刘连庆（一排正中）等与学生参加2024年机器人与自动化国际会议（ICRA 2024）

2024年，是刘连庆冲击“科学探索奖”的第3年。与前两次答辩相比，这次他更加关注如何在满足国家重大需求的范畴内进行前沿探索。

这一调整，让他的答辩不仅有科学高度，更具现实意义——“在先进制造领域，既要注重科学的发现，也要注重对国家的贡献。”最终，他赢得了评委的认可。

“这是一个让人着眼于未来的奖项。”刘连庆总结，过去的成绩，只占整个答辩时间的一小部分，对未来的设想和规划才是核心。

“科学探索奖”2024年颁奖典礼

比起奖金和荣誉，刘连庆更珍视“科学探索奖”为青年科学家们提供的交流平台，尤其是学科碰撞的机会。他期待与更多优秀的同辈交流，产生新的灵感。

“科学研究不能只停留在发论文上。”沈阳自动化所一位老师的话，让刘连庆至今记忆犹新。如今，他的梦想是做好基础研究，既“顶天”又“立地”。

“科学探索，要从孩子开始。”刘连庆希望，一代代人的热爱汇成创新之流，奔向未来。

编辑 | 方圆

排版 | 郭刚

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