極目新聞?dòng)浾?國(guó)倩

通訊員 謝小琴 陳聰

視頻剪輯 國(guó)倩

?“和人一樣，機(jī)器也會(huì)生病。我現(xiàn)在做的事情，說(shuō)通俗一點(diǎn)，相當(dāng)于是給機(jī)器‘做體檢’。”出生于1990年的李天梁，現(xiàn)為武漢理工大學(xué)教授、博導(dǎo)，入選湖北省高層次創(chuàng)新人才。目前他帶著多名“95后”的碩士生和博士生。

李天梁在實(shí)驗(yàn)室

今年31歲的李天梁是江西吉安人。從在武漢理工大學(xué)碩博連讀開(kāi)始，他就和光纖傳感結(jié)下了不解之緣。博士畢業(yè)后，他曾在新加坡國(guó)立大學(xué)、南洋理工大學(xué)等海外高校開(kāi)展博士后研究，主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)光纖傳感技術(shù)、機(jī)械裝備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、醫(yī)療機(jī)器人等。用李天梁自己的話說(shuō)，他所從事研究的主要應(yīng)用對(duì)象一個(gè)是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝備，一個(gè)是手術(shù)機(jī)器人，“看起來(lái)八竿子打不著，但我通過(guò)不懈努力找到了相通之處。”

李天梁生活照

光纖傳感技術(shù)了解機(jī)器“生病”狀態(tài)

李天梁說(shuō)的這個(gè)“相通之處”，就是光纖傳感技術(shù)。

像航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等這些冷冰冰的大型機(jī)械裝備如果“生病了”，我們?nèi)绾蔚弥窟@時(shí)，給機(jī)器做“體檢”就十分重要。但面對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部的超高壓、超高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)等極端環(huán)境，一般的傳感檢測(cè)方法還難以滿足這些極端情況的測(cè)量要求。在武漢理工大學(xué)碩博連讀時(shí)，李天梁做的研究就是給工作在極端環(huán)境下的大型機(jī)械裝備“看病”提供先進(jìn)的感知技術(shù)。

李天梁解釋?zhuān)@就像我們體檢去做心電圖，醫(yī)生通過(guò)借助儀器做完檢測(cè)后可以得到一些關(guān)于我們身體狀況的數(shù)據(jù)，做心電圖的設(shè)備如果對(duì)人體感知不夠靈敏，得出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)就會(huì)導(dǎo)致醫(yī)生誤診。李天梁說(shuō)：“我們的光纖傳感技術(shù)則能靈敏地感知機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)，從而開(kāi)出‘化驗(yàn)單’供參考，便于對(duì)它們進(jìn)行性能優(yōu)化、智能運(yùn)維以及精準(zhǔn)控制。目前，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1100℃高溫下機(jī)械結(jié)構(gòu)件大應(yīng)變的動(dòng)態(tài)測(cè)量。”

2018年新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)院手術(shù)機(jī)器人，器械離體組織適應(yīng)性測(cè)試

2016年，博士畢業(yè)的李天梁選擇繼續(xù)出國(guó)深造，在新加坡國(guó)立大學(xué)、南洋理工大學(xué)開(kāi)展博士后研究。這一次，他又將光纖傳感技術(shù)運(yùn)用到了手術(shù)機(jī)器人上。“如果說(shuō)給大型機(jī)械裝備做體檢需要感知的參量幅值特別大，那么手術(shù)機(jī)器人則需要感知極其小幅值的物理參量。我研究的正好是針對(duì)物理參量?jī)蓚€(gè)極端狀態(tài)的測(cè)量。”李天梁說(shuō)，目前手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂、“靈巧手”雖能代替醫(yī)生的手與人體不同組織進(jìn)行交互，但由于它們力觸感知能力不足，難以對(duì)人體組織實(shí)現(xiàn)低力度的精細(xì)化手術(shù)操作。“比如做涉及眼、腦以及心血管等這類(lèi)需要極其精細(xì)化操作的手術(shù)時(shí)，往往需要機(jī)器人能感知到零點(diǎn)幾牛，甚至毫牛級(jí)交互力。若是做切除手術(shù)時(shí)力度不夠或過(guò)大，都會(huì)影響手術(shù)質(zhì)量。”

基于光纖力觸感知的機(jī)器人輔助觸診部分示意圖

李天梁深知研究出這項(xiàng)技術(shù)意味著什么。針對(duì)心臟射頻消融微創(chuàng)手術(shù)導(dǎo)管前端力觸感知不足的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)5年多不懈的努力，他終于研究出可以感知0.5幾毫牛力的微型（外徑小于4mm）導(dǎo)管光纖三維力傳感器，“0.5幾毫牛的力大概就是羽毛輕輕掃過(guò)手掌的力度。若該技術(shù)到時(shí)應(yīng)用到心臟房顫臨床治療中，將有望極大緩解患者痛苦，降低復(fù)發(fā)率，減輕醫(yī)生工作負(fù)擔(dān)。”目前，臨床研究指出通過(guò)介入式導(dǎo)管射頻消融術(shù)治療心臟房顫時(shí)，手術(shù)質(zhì)量和術(shù)中導(dǎo)管與心臟組織的接觸力密切相關(guān)。當(dāng)接觸力小于0.1牛時(shí)，病人術(shù)后一年內(nèi)復(fù)發(fā)率接近100%；當(dāng)該接觸力介于0.2到0.4牛時(shí)，其復(fù)發(fā)率可降低至20%。

新加坡樟宜綜合醫(yī)院實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

目前，李天梁開(kāi)發(fā)的低成本可集成式微型多維力光纖傳感器已迭代更新到第4代了，后續(xù)有望在心臟射頻消融手術(shù)和腦科手術(shù)上應(yīng)用。這些形成的成果發(fā)表在《先進(jìn)智能系統(tǒng)》《電氣和電子工程師協(xié)會(huì)工業(yè)電子會(huì)刊》《IEEE/ASME機(jī)電一體化匯刊》等國(guó)際高質(zhì)量期刊，得到了包括諸如英國(guó)、加拿大等國(guó)家院士和美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)等國(guó)際知名學(xué)會(huì)會(huì)士在內(nèi)的知名學(xué)者的關(guān)注與正面評(píng)價(jià)。“但到真正臨床落地應(yīng)用，還需進(jìn)行大量研究，包括系列實(shí)驗(yàn)測(cè)試，我會(huì)繼續(xù)努力，通過(guò)醫(yī)工交叉的深度融合，爭(zhēng)取為國(guó)民大健康獻(xiàn)出自己的一份力。”

新加坡國(guó)立大學(xué)手術(shù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室成員合照

第一次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)帶他走上科研路

從考上大學(xué)學(xué)習(xí)機(jī)械專(zhuān)業(yè)，到碩博連讀研究光纖傳感，再到為人師帶學(xué)生一起做科研。李天梁的科研之路，也許從兒時(shí)就開(kāi)始埋下。“我爸爸曾在高炮部隊(duì)當(dāng)過(guò)兵，從小就聽(tīng)他講起了許多國(guó)外先進(jìn)的航空航天飛行器。那時(shí)我常想，長(zhǎng)大了我也要在這方面做一些貢獻(xiàn)。”李天梁說(shuō)。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)非接觸式光纖傳感器

小時(shí)候，李天梁也總是對(duì)機(jī)器的構(gòu)造特別感興趣，“拆了家里不少東西，影碟機(jī)、遙控器我都拆過(guò)。”李天梁笑著回憶，也正是這點(diǎn)興趣，驅(qū)使他決定選擇機(jī)械專(zhuān)業(yè)。

李天梁生活照

“最初決定考研，本是想為今后創(chuàng)業(yè)打基礎(chǔ)。”真正讓李天梁決定投身于科研事業(yè)，是始于理工大讀研過(guò)程中他第一次獨(dú)立承擔(dān)一個(gè)科研小任務(wù)。“研二時(shí)，我有幸參與到了導(dǎo)師正在做的一個(gè)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，我自告奮勇要承擔(dān)其中一個(gè)小任務(wù)，即在三個(gè)月內(nèi)，完成一款面向汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的非接觸式光纖傳感器模型驗(yàn)證與樣機(jī)研發(fā)。”李天梁笑著說(shuō)，自己當(dāng)時(shí)是“初生牛犢不怕虎”，但還是感覺(jué)到了壓力，剛開(kāi)始好幾天都睡不著覺(jué)。

三個(gè)月里，李天梁幾乎每天從早上8時(shí)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)門(mén)一直做實(shí)驗(yàn)到晚上10時(shí)關(guān)門(mén)，“當(dāng)時(shí)需要用到兩個(gè)處于校園不同方位實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，我經(jīng)常一個(gè)人從這邊拿著儀器，拖著箱子，背著電腦去另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。碰到下雨天也是如此。”

參加第十七屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)

遇到難題，他就看書(shū)查文獻(xiàn)、請(qǐng)教老師；方案設(shè)計(jì)有問(wèn)題他就推倒重來(lái)；實(shí)驗(yàn)失敗他就重做直至成功……在老師的支持與幫助下，李天梁負(fù)責(zé)的任務(wù)如期完成，“雖然過(guò)程很累，但從那時(shí)起我真正地開(kāi)始覺(jué)得做科研挺有意思的。”也正是基于這次研究，李天梁梳理出來(lái)了一篇論文并成功發(fā)表，同時(shí)獲批發(fā)明專(zhuān)利。

這次經(jīng)歷，正是李天梁走上科研道路的開(kāi)端，過(guò)程中他不僅學(xué)會(huì)了如何系統(tǒng)性地做科研，更深刻體會(huì)了“成功背后意味著很多失敗”的真理。

上百次的失敗換來(lái)一次實(shí)驗(yàn)成功

“做科研不要害怕失敗，失敗到快崩潰的時(shí)候，就是越接近成功的時(shí)候。”在李天梁看來(lái)，做科研的第一個(gè)成果非常重要。“把第一個(gè)東西打磨好，會(huì)對(duì)個(gè)人未來(lái)發(fā)展有很大益處，即使你以后不做科研，但你也能在這個(gè)過(guò)程中鍛煉自己的思維和解決問(wèn)題的能力。”

李天梁教學(xué)生做實(shí)驗(yàn)

回母校任教后，李天梁平時(shí)也經(jīng)常用自己的經(jīng)歷鼓勵(lì)學(xué)生。他回憶，自己剛開(kāi)始學(xué)習(xí)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，做第一個(gè)傳感器花了近一個(gè)星期，其中最難的就是焊接和封裝像頭發(fā)絲一樣細(xì)的光纖，“光纖很細(xì)，特別容易斷，傳感器封裝過(guò)程中的任何一個(gè)細(xì)節(jié)出錯(cuò)，所有的都要推倒重來(lái)。”那時(shí)，在光纖焊接與封裝這一環(huán)節(jié)，他用斷了上百根光纖才換來(lái)一次實(shí)驗(yàn)成功。

李天梁在實(shí)驗(yàn)室

后來(lái)，在新加坡開(kāi)展博士后研究時(shí)，手術(shù)機(jī)器人上需要的傳感器尺寸更小，李天梁經(jīng)常需要在尺寸不到4毫米的機(jī)器人執(zhí)行器上布置傳感器，這要求傳感器很小，安裝光纖時(shí)需要更多的細(xì)心和耐心，而得益于此前大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，他很快就上手了。“我做過(guò)最小的力傳感器外徑不到2毫米，大概是一般中性筆筆蓋的五分之一。”

“熟能生巧，做科研沒(méi)有捷徑可走，只要堅(jiān)持，就能有收獲。”回望來(lái)時(shí)路，李天梁說(shuō)，導(dǎo)師們的莫大支持與悉心指導(dǎo)，也是支撐他順利科研的關(guān)鍵，“當(dāng)時(shí)，我的第一篇論文修改了不下十遍，每一次導(dǎo)師都耐心指導(dǎo)論文的細(xì)節(jié)修改。”李天梁笑著說(shuō)，之前那斷了的上百根光纖，很多次的失敗，也燃燒了老師不少經(jīng)費(fèi)。

心懷感恩的同時(shí)，李天梁也深知引路人的重要。為人師后，李天梁對(duì)學(xué)生的嚴(yán)格，也源自于此。

他是做科研的嚴(yán)師也是暖心學(xué)長(zhǎng)

“科研上，李老師對(duì)我們要求非常嚴(yán)格。”研二學(xué)生陳發(fā)銀說(shuō)，指導(dǎo)大家做起實(shí)驗(yàn)來(lái)，李老師不放過(guò)任何一個(gè)細(xì)節(jié)，同學(xué)們實(shí)驗(yàn)中遇到不會(huì)的操作，他就親身示范。

“老師幾乎每天都要來(lái)實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，我們課題組有10余人，大家研究的內(nèi)容不盡相同，所做的實(shí)驗(yàn)也相異。但每個(gè)人在做什么實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行到哪一步，遇到了什么問(wèn)題，李老師都特別清楚。他甚至細(xì)節(jié)到叮囑大家做實(shí)驗(yàn)拍照、拍視頻進(jìn)行記錄，教你用什么角度拍最好。”

李天梁在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)

正讀研二的郭金秀是李天梁獨(dú)立帶的第一屆學(xué)生，郭金秀發(fā)表的第一篇SCI論文正得益于李天梁老師的指導(dǎo)。“當(dāng)時(shí)這篇論文改了十幾次，很痛苦。每次改完給老師后，我很快就能收到他的修改意見(jiàn)，涉及整個(gè)文章的框架、邏輯，以及文字內(nèi)容。除此之外，用詞不準(zhǔn)、標(biāo)點(diǎn)使用不當(dāng)?shù)燃?xì)節(jié)問(wèn)題也會(huì)被一一標(biāo)注出來(lái)。”

在學(xué)生們眼里，李天梁亦師亦友，做起科研他的要求近乎嚴(yán)苛。私下里，他也是個(gè)暖心學(xué)長(zhǎng)。郭金秀說(shuō)，兩年相處下來(lái)，這位年輕導(dǎo)師對(duì)待事情的認(rèn)真態(tài)度讓他從懶散、沒(méi)信心，逐漸變得自律與自信。“李老師平時(shí)會(huì)和我們一起打羽毛球、聚餐、談心，遇到不順?biāo)矔r(shí)常鼓勵(lì)我。”

目前，李天梁老師帶了多名碩士生，一名碩博連讀生，承擔(dān)著兩門(mén)本科課程的教學(xué)。這些學(xué)生大多都是“95后”，最小的還有“00后”，他正像導(dǎo)師當(dāng)年指導(dǎo)自己一樣，教導(dǎo)著這些學(xué)生們。

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