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金秋十月,科学城一中年“创动·乐享”科技节隆重开幕啦!
“科学大讲堂”作为本次科技节的重要活动,备受同学们的期待。在中物院青协的帮助下,本次科学大讲堂特地邀请到来自浙江大学的博士生导师——软体机器人专家李铁风教授,李教授为我们带来了一场题为《软材料与智能机器人》的精彩讲座。
嘉宾名片李铁风(教授、博士生导师、浙江大学和美国哈佛大学联合培养博士)年8月进入浙江大学应用力学研究所工作。现为浙江大学交叉力学中心研究骨干成员,负责软体机器人与智能装备实验室。主要研究方向为软物质力学、智能材料结构设计、软体机器人,水下智能机电装备,柔性医疗装置等,开展智能软材料力学、智能结构、复合材料、软体机器人等研究,这些突破使得软体机器鱼项目入选年杭州G20峰会“中国方案”项目,被中国中央电视台特别报道。在SciennceAdvances,AdvancedMatenals等期刊上发表论文60余篇,论文引用余次。获国家自然科学基金优秀青年项目、中国科协青年人才托举工程、浙江省科学基金杰出青年项目、麻省理工科技评论科技创新35人(MITTR35-China)、科学探索奖等荣誉。
01
一首哲理小诗在讲座开始前,李铁风教授为我们分享了一首小诗:
Futureisfluid
Todayissolid
Lifeissoft
Livesoft
未来似流烟
现实如实岩
生命于柔软
包容启开放
李教授希望以此小诗,激励高中的我们:未来是柔软且无边际的,即使现实如坚硬的岩石,但只要保持一颗柔软而包容的心,那么,我们终会走过坎坷的岩石,拥抱流烟般柔软的心。
02
“功夫水上漂”与软物质“非牛顿流体”物质是一种看似柔软,但当受到外力便会变成无比坚硬的物质,就好比变成了一块石头,人们可以在其上体会到“功夫水上漂”的感觉。李教授便以这种神秘的物质带领我们推开了关于软物质世界的大门。
李教授进一步向同学们讲解:软物质(softmatter),由一位法国物理学家在一次重要的演讲中提及,这种物质是一种“内在结构自由度高,结构元素相互作用弱,熵焓主导系统平衡”的物质。软物质是软体机器人的主要构成材料。软体机器人的发展使仿生技术有望弥补生物体的不足,其核心关键为轻材料制成的人工肌肉。天然肌肉是受信息刺激导致变形,而人工肌肉是通过电流来驱动它产生形变。介电高弹体是人工肌肉的主要材料之一,它类似于平行板电容器,但是它是柔软的,可以产生形变。李教授称他们研究组的软体机器人为“玩具”。
一些概念对于高二的学生来说,较为陌生,李教授联系生活实际,列举了很多形象的例子,深入浅出地进行讲解,同学们对这些闻所未闻的科技新知听得津津有味。
03
一只高科技的软体机器小鱼接下来,李教授为我们讲解了他和他的团队的“养鱼”经历。
面部机器人的发明使智能机器人上了一个新的台阶,它会哭,会笑,会动眼珠。但相对于女演员们生动的表情,一堆冰冷的“金属”表情,显得僵硬很多。那么,能不能研发一种像肌肉一样柔软而灵动的机器人呢?就这样,李铁风教授带着对软体机器人的奇妙想象,开始了对软体机器鱼的研究。
生命起源于大海,也就是水。体积庞大的生物,在陆地上也许行动困难,但在水里却可以行动自如。那么,机器是否也可以做到呢?李教授和他的团队产生了巧妙的设想:水可以帮助机器人运动。现有的生物体的主要驱动方式是:微流管道反应驱动,细胞光刺激驱动,电场力驱动。李教授从生命中找到了启发点,主导研发了以微流管道驱动的、以肌肉为设计灵感的软体机器人小鱼。
这只神奇的小鱼全透明无噪声,因为其80%的组成为水和橡胶,对于这一点,李教授还用体内95%都是水的水母做了生动的类比。这种软体小鱼有很大的优势,快响应,灵活操动,群体协同……它可克服重重阻力潜至米深的海沟,并且在深海中不会被光设备和声纳发现。
可是,问题来了。水是导体,放入如此高电压的设备,不会有漏电的危险吗?但是,李教授和他的团队非常完美地解决了这一难题。他们正是利用了水是导体这一性质,灵活的转换了思维,运用了弹性体复合层电极,将水作为低压的接地端,简化了装置,还可以防止局部失稳。
这个设计理念新颖的软体机器小鱼也作为一个先进的发明在G20峰会上展出,李教授的研究团队在经历了艰难的研究过程后,终于取得了巨大的成功。这也许就是李教授所说的:从生命中找启发点,探生命之秘,筑生命之力。
??“创新求是,努力学习“
——李教授对科一小粉丝的深情寄语
04
软物质与智能机器人广阔前景软体材料看似不足为奇,但当科学家探究的目光落在它们身上时,它们也便承载了人们对未来的美好憧憬,并将在各行各业大显身手。李教授接下来为我们讲到了软材料与智能机器人的应用前景:
NBA球员的护膝由软体材料制成,这种材料是一种很好的缓冲物质,并且不容易断裂,不会伤害到膝盖。护膝上的长链也用软体材料制成,它能起到很好的支撑和固定的作用,不会在跑动过程中因为摩擦而伤害到他人。
薄膜驱动培养皿的底部采用软体材料,培养细胞时可以打开细胞间隙,使大分子药物可以直接进入细胞,并且细胞不容易破裂,这会使实验工作更加顺利,如果广泛应用到医学上,将帮助解决很多医学研究中的棘手问题。
膀胱是人体泌尿系统中的一个重要器官,且非常脆弱。在外科手术中如果碰到膀胱,一旦膀胱破裂,就会造成灾难性的事故;且当人衰老的时候,膀胱平滑肌收缩力下降,也会导致泌尿困难。软体水凝胶驱动膀胱辅助系统可以帮助平滑肌收缩,帮助泌尿……虽然目前这只是一个设想,但相信在不久的将来,它将在外科手术上起到举足轻重的作用……
除此之外,软物质还可以运用在其它很多领域。未来,让我一起期待和见证软物质及智能机器人参与并优化我们的生活!
结语伴随着同学们雷鸣般的掌声,精彩而有趣的科学大讲堂落下了帷幕,但是李铁风教授温润的声音,富有学术性和创造性的演讲,让同学们如沐春风,难以忘怀。科学大讲堂听起来是一个普通的词语,里边却蕴含了科学的汪洋大海。这次科学大讲堂让同学们收获了新知,接触了新领域,重塑了未来的梦想。
诚如李博士所说,“梦想和未来应该是流体,不加约束,可以自在的无限延展。但现实应该是固体,需要我们坚韧的拼搏。”当今时代是一个竞争激烈的时代,也是新技术蓬勃发展,让人热血沸腾的时代,处于时代潮流中的当代青年们,更加需要努力学习科学知识,方可报效祖国。我们应当如深海中运动的软体机器小鱼儿一样,在克服压力和黑暗的过程中,尽情遨游在广阔的知识海洋!
(高二9班小记者团队:韦越文李文军罗琪陈妙琢敬玉娇苏晶晶)
后记:同学们的收获这次讲座我们学习到了很多:软物质是什么,软材料有什么好处,这项技术如今发展的突破点和困难点,未来对于软材料智能机器人的发展方向和目标等等。李教授的坚持不懈和奇思妙想打动了同学们,他讲到:他和他的团队花了3年时间完成一项实验,最后只有一次实验机会,但他们取得了成功。这启示我们在探索未知的路上,要有坚持不懈的精神和不怕难不惧难的态度。讲座在一片不舍的情绪中结束,李教授的讲座让我们收获的不仅是科学知识,还有对学习的态度,对科学的探索精神。让我们把握好当下,带着对科学的热情奋力奔跑吧!
高二7班:王战战张丁予
李教授用风趣幽默的语言为我们科普高精尖的相关科技知识。例如,能使人“轻功水上漂”的非牛顿流体,前景不可限量的软物质,“怦然心动”的介电离弹体等等。看似专业难懂的科技名词,在李教授的讲解下变得浅显生动。同时,李教授也畅谈自己的中学生活,与我们分享了自己的学习经验、学习方法,激励我们培养坚持不懈、勇于创新的科研精神。
高二8班:王立洪
这次讲座令我受益匪浅,李教授以通俗易懂的语言讲解了自己的研究项目,还不时穿插高中知识。跟着教授的思路,我仿佛亲眼见证了这些创新的诞生。这也让我认识到,无论高中还是大学,每一个知识都十分重要。所以,平时学习要注重积累,不能忽视课堂上任何一句话。同时,在软体机器人的构思中,运用到的逆向思维法和仿生思路,也让我在思考问题时有了新的思维角度。
高二9班:杨明怡
正如教授所言:软材料和智能机器人的碰撞,体现了人类对“温情”的追求。现今,人类在工作学习上对“伙伴”的要求,除实用外,更多的是要他们“类生命”,以慰藉自己偶感孤寂的心灵,这就更需要软材料和智能机器人的发展。让我们以“努力学习”为帆,以“扎实基础”为桅,以“勇于创新”作东风,在现代科技的汪洋大海上扬帆起航!
高二10班:陈欢欢
想象是没有边际的,可现实却充满了限制。不要给自己的想象设界限,因为它可能成为下一个成就的起点,不要惧怕现实的打击,因为只要突破了它,想象才会成为可能。高二的我们,加油!
高二10班:冯希灿
通过聆听李教授的讲座,我有很多感想,最重要的有三点:一是高中知识的重要性,因为它是未来学习最重要的基础;二是,物化生三科的联合运用与融会贯通很重要;三是,学习不能只停留于有趣的表面,还要敢于去挑战其枯燥乏味的内核。
高二9班:钟子晗
李铁风教授讲授的内容由浅入深,层层递进。在他的奇思妙想下,我也看到了我们无限的未来。正如李教授所说:永远不要复杂的过程。即使有许多未知的困难在等待着我们,我们也应学习李教授研究过程中的迎难而上的精神。记住,满怀希望就会所向披靡,力争把不可能变成可能。
高二9班:郑欣怡
李教授的演讲内容非常有趣,从他对科学的探索过程中,我感受到了科技创新研发过程的不易与曲折,但更多的是研发过程中取得有趣的、突破性的成果时的快乐。同时最令我印象深刻的一点是:我们不要仅享受科学的乐趣,更要能够面对研发过程中的艰苦。
高二9班:张可行仪
没有自由的畅想,哪来发展的机遇、时代的潮头?没有刻苦的钻研,又何谓思想的火花、荣誉的闪耀?软体机器人技术之所以不断发展,是因为有像李教授一样的科学家们在不懈努力、艰苦奋斗。作为中学生的我们,有幸在学校科技节活动中、在与科学家的近距离接触中,感知科学、探索科学、热爱科学,并感受到来自科学家的对科学的虔诚和执着。十年饮冰,难凉热血。愿我们今后也能为国家的科技发展献出自己的力量。
高二9班:韦越文
科学的殿堂富丽堂皇,未来的生活充满希望,lookmoreandlearnmore.
高二9班:门学霖
讲座中的那一首英文小诗,让我印象深刻。我们的梦想可以远大,但我们的行动必须落到实处,正所谓仰望星空,脚踏实地。
高二9班:魏德奥
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