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清華梨渦女神偏愛機械,用機器人研究,斬獲國內百萬大獎

2021-10-21 12:37 性質:轉載 作者:澎湃新聞 來源:澎湃新聞
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10月過半,諾貝爾獎的熱度還沒有完全退卻,達摩院青橙獎也新鮮出爐。10月14日,隨著官方獲獎名單公布,除了自帶流量的“數學大神”韋東奕外,“32歲清華女教授獲...

10月過半,諾貝爾獎的熱度還沒有完全退卻,達摩院青橙獎也新鮮出爐。

10月14日,隨著官方獲獎名單公布,除了自帶流量的“數學大神”韋東奕外,“32歲清華女教授獲獎百萬”也同時被頂上熱搜。而熱搜中的這位女教授,正是清華大學的“梨渦女神”,趙慧嬋。

在“梨渦女神”之外,趙慧嬋還有很多稱號……她曾是清華大學最年輕的教授,更曾入選麻省理工“35歲以下科技創新35人”。

這些成績的取得,正是因為她手握著“未來密碼”——軟體機器人。

康奈爾大學最優秀的學生

機器人技術發展至今,已約有70多年的歷史。但和一些科幻作品中的形象相比,這項技術,還并沒有完全照進現實。如何解決機器人與人交互時的安全性、提升機器人對復雜環境的適應性?這是趙慧嬋選擇清華大學“機械工程”專業的初衷。

一個漂亮女生卻癡迷機械工程,這在很多人眼里是不可思議的事情。但趙慧嬋卻不考慮這么多,她只管向著自己理想的方向努力。

康奈爾大學一景

大學畢業后,成績不錯的趙慧嬋得到了到美國名校康奈爾大學進修的機會。

初到美國的趙慧嬋和很多留學生一樣,即便在國內的英語成績再好,一旦到了一個純英語環境,都不免要過一過語言關。

從只能聽懂最簡單的表達,到真正適應當地的語言環境,趙慧嬋用了4年。但在這期間,語言上的障礙卻絲毫沒有影響她在專業課上的表現。聽不懂的就堅持聽,課堂上解決不了的,就反復通過課本和老師的課件來彌補差距……在這樣的堅持下,她大部分的專業課成績都能拿到A。趙慧嬋也因此被導師夸贊為:“這是我在康奈爾遇到的最優秀的學生!”

趙慧嬋與導師、同學合影

但趙慧嬋帶給導師的,還有更大的驚喜。

博士期間,趙慧嬋跟著導師從事軟體機器人在醫療康復領域的研究。他們在研究中遇到的最大問題是,之前的傳統傳感器沒有辦法應對軟體驅動器的大形變。不解決好這個問題,就沒有辦法讓機器人像設想般地那樣,精確度高、性能穩定地工作。

既然傳統傳感器無法形變?那能不能從材料入手?

順著這個思路,趙慧嬋設計了一種用橡膠材料制成的高度可拉伸光波導傳感器。這種傳感器可以直接嵌入軟體機器人的仿生手里,不但可以幫助仿生手感知自己的位置和形變,甚至能感受到外界物體的紋理和粗糙程度。

仿生手的進階

趙慧嬋有一個心愿,“希望機器人能夠去到我們人類去不到的地方,幫助我們做繁重危險的事。”想實現這個愿望,只有一只仿生手可遠遠不夠。她需要靈活性更高、體積更小的仿生機器人。

在哈佛大學實驗室工作期間,趙慧嬋看到了這個機會。

那個時候,她所在的團隊正在致力于將驅動器制作成能實現觸覺傳感的設備,可以用于提升人與人之間的交互體驗。

既然要求實現觸覺傳感,趙慧嬋在選擇材料時,一下就想到了之前設計仿生手時用過的橡膠。在團隊成員們的共同合作下,他們開發出了一種只要用通過靜電擠壓就能做出反應的彈性橡膠傳感器,并把它命名為“人工肌肉”。

這種“人工肌肉”可以直接驅動重量小于1克的微型撲翼飛行器,控制它的起飛、懸停和飛行路徑。因為有了“人工肌肉”的加持,這類飛行器哪怕在飛行中遇到碰撞,也能迅速恢復飛行,滿足復雜環境下的使用需求。

不過,在這個飛行器真正投入使用前,趙慧嬋的另一個“機器人”卻率先投入了使用。

2020年初,已經回到山東老家準備過春節的趙慧嬋,被緊急叫回北京。

新冠疫情來勢洶洶,清華大學機械與工程系準備為前線研制一個專門用于咽拭子采樣的機器人。而這個機器人的柔性機械手、柔性末端執行器和控制系統的研發工作,就交給了趙慧嬋。

咽拭子采樣,最核心的部件就是軟體末端執行器。趙慧嬋知道這其中的重要性。接到任務后,直接帶著全家開車回了北京,帶著學生緊急攻關。

咽拭子采樣機器人

2020年底,趙慧嬋順利完成了任務,由他們設計的咽拭子采樣機器人,已經完成了一定量的人體采樣實驗。

目前,趙慧嬋仍在進一步推進咽拭子采樣機器人的量產與落地。

在危險面前,要讓機器人擋在人們身前——這個愿望,她一直在努力。

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