“贪玩”博士后：用设计师的方法做科研

时间： 2023-11-03 03:10     浏览量：511

旅行中的翟译晨。

翟译晨“救场”的制动器。

受访者供图

■本报记者 徐可莹

用一句话来概括今年33岁的翟译晨，大概是“讲不了脱口秀的手艺人不是好科研人员”。

他风趣健谈、贪玩爱折腾，却成功凭借天马行空的想象力和过人的动手能力，在一周内解决了行业“顽固”难题。他几乎不读论文，攻读博士期间却能轻松在《先进材料》这样的行业期刊上发表文章。

近日，不走寻常路的翟译晨的“新作品”——创新型一体化3D打印气动自动抓手诞生。相关论文作为封面文章发表于《科学-机器人》。

这名来自美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的博士后，还是网络手工达人——“手工耿”的铁粉。事实上，翟译晨做科研也的确有股“手工耿”的味儿，实验设备经常是自己拼凑、搭建，设计方案常常源自想象力。他把自己的这种工作风格形容为“作坊式”科研。相比那些典型的科研方式，翟译晨做科研走的是类似于“艺术创作”的路子。

一个星期解决行业“顽固”难题

翟译晨的“开挂”故事要从2021年春天讲起。

当时，他在加利福尼亚大学圣迭戈分校读博，并将于两个月后进入该校教授Michael T. Tolley的实验室做博士后研究。还没正式入职，他就接到了未来导师布置的一项紧急任务。

看到邮件时，翟译晨正在夏威夷度假，顺便起草一篇新的论文。急忙回到学校后，才知道导师是要他为巴斯夫公司的一个赞助项目“救场”。

巴斯夫公司要求Tolley在一周后的项目年会上汇报最初研究提案的完成度，即用3D打印方法制作一个软体气动制动器的进度。然而，之前近一年的研究中他们并没有做出可以展示的成品。

这个任务看起来简单，但实操起来很难，因为此前几乎无人做出过具有实用价值的3D打印成品。

“3D打印软体机器人是靠一个很小的喷头挤出已经烧热熔化的‘TPU’膏状材料，将材料一层一层往上叠加，最终成型。在这个过程中，加工路径是不连续的，其中的回抽和快速移动很容易在侧壁上产生缝隙。一旦气从缝隙中漏出去，做成的气动机器人部件就不工作了。”翟译晨解释道。

在以往的很多研究中，解决漏气的思路非常直接——把壁加厚。尽管达到了气密效果，但由于TPU材料的硬度本来就比硅胶高一个数量级，这样做出的制动器又厚又硬，甚至难以活动，通常需要加超高的气压才能使其勉强达到一定的弯曲程度。

但接到任务的翟译晨非常自信，他当即夸下海口：“我两天就把它解决掉！”

结果却是他花了近一个星期时间做了几十次测试，才在临近汇报前想出可行的解决方案。

“这个方法简单来讲，就像是我们小时候常画的‘一笔画’，专业术语叫作欧拉路径。”翟译晨说，他将3D打印的模型全部设计为欧拉路径，即喷头打印每一层时都靠“一笔画”的路径来完成运行，一气呵成，没有停顿、没有回抽，这样就避免了接缝处漏气。

与纸上作画不同，一个气动制动器内部包含多个互联结构，要使喷头在每一层的高度上都一笔完成需要打印的图形，再加上里面管路的干扰，设计和测试过程变得异常复杂。

借助这个“一笔画”的创新方法，他很快做出了第一个既柔软又气密性好的3D打印制动器，向Tolley和赞助商证明了他足以胜任这份研究工作。

做出制动器不久，翟译晨又做好了3D打印的气动阀门。一天，他把几个打印好的制动器和阀门用管路来回拼接测试，意外得到了一个自动抓手。

这种软体气动自动抓手最初是由美国哈佛大学教授George Whitesides的实验室设计的。Whitesides被尊为软体机器人领域的开创者。但他的设计是靠复杂的硅胶铸造工艺实现的，一般用户不容易复制。更关键的是，这种抓手“拿得起”，却“放不下”，使用者需要手动关闭气源才能让抓手松开物体。

翟译晨想，有什么办法能让这种抓手在不影响抓取、不影响保持、不影响搬运的情况下实现“放下”这个动作呢？把它横过来不就行了！

于是，翟译晨在抓取器后面做了一个重力阀门，在前部抓手与后部把手的位置之间设计了一些气管连接。抓手横过来后，在重力的作用下，气管会弯折，总气源随之被关闭，抓手里剩余的压缩空气在废气孔中放出，便轻松完成“放下”的动作。这时，抓手可以为下一次的抓取做准备。这就是近日发表在《科学-机器人》上的研究。

“有了这项技术，每个人都能在自己家里做台抓娃娃机。”翟译晨开玩笑道。不过他也坦言，目前这项技术还有待优化。尽管如此，翟译晨等人还是在世界上首次完成了一体化3D打印自动抓取器的开创性工作。

“Tolley教授以及他以前的同事、导师，很多年来都想做成这样一件事——通过一体化3D打印的方法制造出自动机器人，并应用于生活中。没想到被我稀里糊涂地实现了。”翟译晨笑道。

不读论文，爱玩也能出奇迹

在导师和同门眼中，翟译晨不是那种循规蹈矩的人。他大部分时间都不会“泡”在实验室，反而开着车到处“疯玩”。美国有63个国家公园，翟译晨前后打卡过24个。

“我的灵感，基本都不是从实验室得来的，而是在外面玩的时候想出来的。正所谓‘醉翁之意不在酒，在乎山水之间也’。”翟译晨说，他这种性格可以追溯至孩童时代。

从小到大，翟译晨都热衷于在课堂上不务正业，搞些奇思妙想。比如，花几个晚自习的时间，在不用胶水的情况下将一块废纸板改造成一个拉环式自动开盖的垃圾桶，向路过的同学展示“译晨手造”；趁自习课老师在讲桌前低头批改作业的间隙，和同桌用零食袋中的干燥剂造出一团水蒸气，令后排同学吃惊……让老师“又爱又恨”的是，从不好好写作业的翟译晨，成绩却很不错。

一路玩上来的翟译晨大学时参加了各种学生社团，结交了一群动手能力极强的好友。靠着电子制作的经历，本科毕业后，他顺利申请到美国史蒂文斯理工学院的研究生。硕士毕业后又前往加利福尼亚大学圣迭戈分校电子工程专业攻读博士学位。

作为一名博士生，翟译晨因不读论文而与众不同。但在他看来，“尽信书，则不如无书”，大部分论文对他的实验都不具有太多的参考意义。

“比如在我们领域，有引用比较高的文章提出了一些理论上的潜在应用，之后的很多文章也往这些潜在应用上靠，但实际上并没有做出可行的成品，这就是研究思路被局限了。做研究不是为了发文章，不能人云亦云。”翟译晨说，他更希望能找到一种新办法，设计一种新构型、创造一个新东西，像鲁班和墨子那样。

他补充道：“当然，这并不是说我的成果不需要严谨的科学测量和实验数据，最后呈现结果的时候也需要很多定量的数据。但我工作的核心方法就是在想象中重新设计出一个能实现的机制。这和传统的科学研究不一样，我更像一个设计师。”

尽管平时不怎么读论文，但论文以外的灵感素材，翟译晨“啥都看”，比如看“手工耿”等民间发明家鼓捣些令人惊叹的玩意儿。为了丰富背景知识，他还会看一些专业的工程技术视频，遇到自己不熟悉的原理，会专门收集资料学习。

翟译晨记得刚进实验室时，有位经常愁眉苦脸的师兄总是数落他：“别看你现在活得这么滋润，我现在的状态就是你一年后的状态。”博士毕业后，翟译晨再和这位“预言家”聊起来，对方却忍不住感慨：“看来你的心态真跟我不一样。”

“因为我对博士学位没有执念。”他笑道，“家里也不给我压力。我爸整天跟我说，拿不到学位也没事，回国一样有出路。那时候我还很生气，我看起来像拿不到学位的人吗？”翟译晨故作严肃，模仿了自己当时的表情，样子很顽皮。

他说，不追求功利性的结果，就不会有太多压力。很多同学致力于“把这个东西做到能发表”，所以特别焦虑。而对翟译晨来说，“把事情干漂亮”才是最大的乐趣。

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