極目新聞記者 國倩

通訊員 謝小琴 陳聰

視頻剪輯 國倩

?“和人一樣，機器也會生病。我現(xiàn)在做的事情，說通俗一點，相當于是給機器‘做體檢’。”出生于1990年的李天梁，現(xiàn)為武漢理工大學教授、博導，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。

李天梁在實驗室

今年31歲的李天梁是江西吉安人。從在武漢理工大學碩博連讀開始，他就和光纖傳感結(jié)下了不解之緣。博士畢業(yè)后，他曾在新加坡國立大學、南洋理工大學等海外高校開展博士后研究，主要研究方向為先進光纖傳感技術(shù)、機械裝備動態(tài)監(jiān)測、醫(yī)療機器人等。用李天梁自己的話說，他所從事研究的主要應用對象一個是大型旋轉(zhuǎn)機械裝備，一個是手術(shù)機器人，“看起來八竿子打不著，但我通過不懈努力找到了相通之處?！?/p>

李天梁生活照

光纖傳感技術(shù)了解機器“生病”狀態(tài)

李天梁說的這個“相通之處”，就是光纖傳感技術(shù)。

像航空發(fā)動機、燃氣輪機等這些冷冰冰的大型機械裝備如果“生病了”，我們?nèi)绾蔚弥?？這時，給機器做“體檢”就十分重要。但面對航空發(fā)動機、燃氣輪機內(nèi)部的超高壓、超高溫、強磁場等極端環(huán)境，一般的傳感檢測方法還難以滿足這些極端情況的測量要求。在武漢理工大學碩博連讀時，李天梁做的研究就是給工作在極端環(huán)境下的大型機械裝備“看病”提供先進的感知技術(shù)。

李天梁解釋，這就像我們體檢去做心電圖，醫(yī)生通過借助儀器做完檢測后可以得到一些關(guān)于我們身體狀況的數(shù)據(jù)，做心電圖的設備如果對人體感知不夠靈敏，得出錯誤數(shù)據(jù)就會導致醫(yī)生誤診。李天梁說：“我們的光纖傳感技術(shù)則能靈敏地感知機器運行狀態(tài)，從而開出‘化驗單’供參考，便于對它們進行性能優(yōu)化、智能運維以及精準控制。目前，我們已經(jīng)實現(xiàn)了1100℃高溫下機械結(jié)構(gòu)件大應變的動態(tài)測量。”

2018年新加坡國立大學醫(yī)學院手術(shù)機器人，器械離體組織適應性測試

2016年，博士畢業(yè)的李天梁選擇繼續(xù)出國深造，在新加坡國立大學、南洋理工大學開展博士后研究。這一次，他又將光纖傳感技術(shù)運用到了手術(shù)機器人上?！叭绻f給大型機械裝備做體檢需要感知的參量幅值特別大，那么手術(shù)機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物理參量兩個極端狀態(tài)的測量?！崩钐炝赫f，目前手術(shù)機器人的機械臂、“靈巧手”雖能代替醫(yī)生的手與人體不同組織進行交互，但由于它們力觸感知能力不足，難以對人體組織實現(xiàn)低力度的精細化手術(shù)操作?！氨热缱錾婕把?、腦以及心血管等這類需要極其精細化操作的手術(shù)時，往往需要機器人能感知到零點幾牛，甚至毫牛級交互力。若是做切除手術(shù)時力度不夠或過大，都會影響手術(shù)質(zhì)量?！?/p>

基于光纖力觸感知的機器人輔助觸診部分示意圖

李天梁深知研究出這項技術(shù)意味著什么。針對心臟射頻消融微創(chuàng)手術(shù)導管前端力觸感知不足的問題，經(jīng)過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手掌的力度。若該技術(shù)到時應用到心臟房顫臨床治療中，將有望極大緩解患者痛苦，降低復發(fā)率，減輕醫(yī)生工作負擔?！蹦壳埃R床研究指出通過介入式導管射頻消融術(shù)治療心臟房顫時，手術(shù)質(zhì)量和術(shù)中導管與心臟組織的接觸力密切相關(guān)。當接觸力小于0.1牛時，病人術(shù)后一年內(nèi)復發(fā)率接近100%；當該接觸力介于0.2到0.4牛時，其復發(fā)率可降低至20%。

新加坡樟宜綜合醫(yī)院實驗現(xiàn)場

目前，李天梁開發(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)上應用。這些形成的成果發(fā)表在《先進智能系統(tǒng)》《電氣和電子工程師協(xié)會工業(yè)電子會刊》《IEEE/ASME機電一體化匯刊》等國際高質(zhì)量期刊，得到了包括諸如英國、加拿大等國家院士和美國機械工程師協(xié)會等國際知名學會會士在內(nèi)的知名學者的關(guān)注與正面評價?！暗秸嬲R床落地應用，還需進行大量研究，包括系列實驗測試，我會繼續(xù)努力，通過醫(yī)工交叉的深度融合，爭取為國民大健康獻出自己的一份力?！?/p>

新加坡國立大學手術(shù)機器人實驗室成員合照

第一次獨立實驗帶他走上科研路

從考上大學學習機械專業(yè)，到碩博連讀研究光纖傳感，再到為人師帶學生一起做科研。李天梁的科研之路，也許從兒時就開始埋下?！拔野职衷诟吲诓筷牣斶^兵，從小就聽他講起了許多國外先進的航空航天飛行器。那時我常想，長大了我也要在這方面做一些貢獻?！崩钐炝赫f。

汽輪機轉(zhuǎn)子振動非接觸式光纖傳感器

小時候，李天梁也總是對機器的構(gòu)造特別感興趣，“拆了家里不少東西，影碟機、遙控器我都拆過。”李天梁笑著回憶，也正是這點興趣，驅(qū)使他決定選擇機械專業(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?！闭嬲尷钐炝簺Q定投身于科研事業(yè)，是始于理工大讀研過程中他第一次獨立承擔一個科研小任務。“研二時，我有幸參與到了導師正在做的一個國家重點研發(fā)項目，我自告奮勇要承擔其中一個小任務，即在三個月內(nèi)，完成一款面向汽輪機轉(zhuǎn)子振動的非接觸式光纖傳感器模型驗證與樣機研發(fā)?！崩钐炝盒χf，自己當時是“初生牛犢不怕虎”，但還是感覺到了壓力，剛開始好幾天都睡不著覺。

三個月里，李天梁幾乎每天從早上8時實驗室開門一直做實驗到晚上10時關(guān)門，“當時需要用到兩個處于校園不同方位實驗室的設備，我經(jīng)常一個人從這邊拿著儀器，拖著箱子，背著電腦去另外一個實驗室做實驗。碰到下雨天也是如此?！?/p>

參加第十七屆中國科協(xié)年會

遇到難題，他就看書查文獻、請教老師；方案設計有問題他就推倒重來；實驗失敗他就重做直至成功……在老師的支持與幫助下，李天梁負責的任務如期完成，“雖然過程很累，但從那時起我真正地開始覺得做科研挺有意思的。”也正是基于這次研究，李天梁梳理出來了一篇論文并成功發(fā)表，同時獲批發(fā)明專利。

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

上百次的失敗換來一次實驗成功

“做科研不要害怕失敗，失敗到快崩潰的時候，就是越接近成功的時候?！痹诶钐炝嚎磥?，做科研的第一個成果非常重要?！鞍训谝粋€東西打磨好，會對個人未來發(fā)展有很大益處，即使你以后不做科研，但你也能在這個過程中鍛煉自己的思維和解決問題的能力?！?/p>

李天梁教學生做實驗

回母校任教后，李天梁平時也經(jīng)常用自己的經(jīng)歷鼓勵學生。他回憶，自己剛開始學習做實驗時，做第一個傳感器花了近一個星期，其中最難的就是焊接和封裝像頭發(fā)絲一樣細的光纖，“光纖很細，特別容易斷，傳感器封裝過程中的任何一個細節(jié)出錯，所有的都要推倒重來?！蹦菚r，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一次實驗成功。

李天梁在實驗室

后來，在新加坡開展博士后研究時，手術(shù)機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，安裝光纖時需要更多的細心和耐心，而得益于此前大量的實踐經(jīng)驗，他很快就上手了。“我做過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?！?/p>

“熟能生巧，做科研沒有捷徑可走，只要堅持，就能有收獲?！被赝麃頃r路，李天梁說，導師們的莫大支持與悉心指導，也是支撐他順利科研的關(guān)鍵，“當時，我的第一篇論文修改了不下十遍，每一次導師都耐心指導論文的細節(jié)修改?！崩钐炝盒χf，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。

心懷感恩的同時，李天梁也深知引路人的重要。為人師后，李天梁對學生的嚴格，也源自于此。

他是做科研的嚴師也是暖心學長

“科研上，李老師對我們要求非常嚴格?！毖卸W生陳發(fā)銀說，指導大家做起實驗來，李老師不放過任何一個細節(jié)，同學們實驗中遇到不會的操作，他就親身示范。

“老師幾乎每天都要來實驗室轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，我們課題組有10余人，大家研究的內(nèi)容不盡相同，所做的實驗也相異。但每個人在做什么實驗，進行到哪一步，遇到了什么問題，李老師都特別清楚。他甚至細節(jié)到叮囑大家做實驗拍照、拍視頻進行記錄，教你用什么角度拍最好?！?/p>

李天梁在實驗室指導學生做實驗

正讀研二的郭金秀是李天梁獨立帶的第一屆學生，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?！爱敃r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，涉及整個文章的框架、邏輯，以及文字內(nèi)容。除此之外，用詞不準、標點使用不當?shù)燃毠?jié)問題也會被一一標注出來?！?/p>

在學生們眼里，李天梁亦師亦友，做起科研他的要求近乎嚴苛。私下里，他也是個暖心學長。郭金秀說，兩年相處下來，這位年輕導師對待事情的認真態(tài)度讓他從懶散、沒信心，逐漸變得自律與自信?！袄罾蠋熎綍r會和我們一起打羽毛球、聚餐、談心，遇到不順他也時常鼓勵我?！?

目前，李天梁老師帶了多名碩士生，一名碩博連讀生，承擔著兩門本科課程的教學。這些學生大多都是“95后”，最小的還有“00后”，他正像導師當年指導自己一樣，教導著這些學生們。

關(guān)鍵詞： 手術(shù) 光纖 科研 實驗 李天梁