西湖大學(xué)的教授想造一臺“溫柔的鋼鐵俠”

乍一看，這是眼下很常見的機(jī)械臂，抓雞蛋、捏核桃強(qiáng)勁有力。可它一遇到人體碰撞，就會瞬間“卸力”，變得像海綿一樣柔軟。

其中的奧秘，就在于內(nèi)部嵌入的特殊材料結(jié)構(gòu)，能通過感知外界沖擊的速率大小，自主調(diào)節(jié)機(jī)械臂剛度，類似于人的膝跳反射，無須經(jīng)過大腦。

“我們想研發(fā)能溫柔擁抱孩子的機(jī)器人，可穩(wěn)妥攙扶老人的伙伴，安全協(xié)助工人的助手，就像迪士尼動畫電影《超能陸戰(zhàn)隊》里的機(jī)器人大白。”姜漢卿說。

這位西湖大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程講席教授、西湖交互機(jī)器創(chuàng)始人，帶著一群90后、95后，試圖通過自己熟悉的力學(xué)語言，結(jié)合AI技術(shù)，重新定義人機(jī)交互的安全與溫度。在他們看來，這項“剛?cè)岵?jì)”的設(shè)計，或許能為應(yīng)對老齡化社會提供一種“溫柔解決方案”。

鋼鐵俠有個柔軟的臂膀

在姜漢卿的構(gòu)想中，未來機(jī)器人要真正融入人類生活、成為可靠伙伴，解決人機(jī)交互的安全問題至關(guān)重要。然而，市面上的機(jī)器人普遍采用剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計，在工業(yè)、物流等領(lǐng)域表現(xiàn)出色，離真正進(jìn)入日常生活場景有一定距離。

如何讓鋼鐵之軀學(xué)會“溫柔”？力學(xué)或許能提供其中一種答案。

走進(jìn)西湖交互機(jī)器的實驗室，隨處可見各種奇特的“結(jié)構(gòu)”，這些正是團(tuán)隊研發(fā)的機(jī)械超材料。不同于傳統(tǒng)材料依賴分子或晶體結(jié)構(gòu)，機(jī)械超材料的特性完全源自人工設(shè)計的精巧構(gòu)型（幾何形狀、結(jié)構(gòu)層次、組合方式等）。就像一張柔軟的紙，通過不同的折疊方式，可以呈現(xiàn)出或柔韌或剛硬的力學(xué)特性。

3個月前，他們推出了第一款成型產(chǎn)品——Phi-A柔性變剛度機(jī)械臂，能在毫秒級別實現(xiàn)局部剛度的變化，遇到外力或者靠近人體自動“軟化”，任務(wù)切換時又能立即恢復(fù)剛性。

“人的手一碰沸騰的水就會條件反射縮回來。如果機(jī)器人也能通過材料和結(jié)構(gòu)完成這種快速、可靠的反應(yīng)，它就有了‘本能’。”姜漢卿把這種“本能”稱為物理智能。

“這種超材料的核心，你可以理解為是一種阻塞（jamming）機(jī)制。”姜漢卿解釋道。他用超市的真空包裝大米做類比：未開封時堅硬如磚，一旦剪開包裝放入空氣，立即變得松軟，“只不過我們填充的是自主研發(fā)的機(jī)械超材料。軟硬狀態(tài)之間的切換，靠的就是物理智能，氣閥自主控制，無須外部指令干預(yù)。”

從實驗室到養(yǎng)老院的“溫柔解決方案”

成立西湖交互機(jī)器這家公司，是姜漢卿和團(tuán)隊看到了把課題轉(zhuǎn)化為落地產(chǎn)品的可能性，尤其是在康養(yǎng)、陪伴、協(xié)作等人機(jī)交互場景中。

“比如養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)，中國有14億人口、4億多戶家庭，護(hù)工短缺可能是普遍問題。剛性機(jī)器人難以完全勝任看護(hù)工作，我們需要更安全的解決方案。”

目前，這款機(jī)械臂已實現(xiàn)與90%以上通用人形機(jī)器人平臺的兼容適配。2月發(fā)布至今，商業(yè)化嘗試也在陸續(xù)進(jìn)行中。團(tuán)隊與家用康復(fù)器械品牌邁德斯特達(dá)成合作，共同研發(fā)智能康復(fù)床邊設(shè)備。項目已進(jìn)入用戶驗證階段，預(yù)計一年內(nèi)開展小規(guī)模試點應(yīng)用。

最新成果是本月下旬即將發(fā)布的輪式人形機(jī)器人，搭載可變剛度機(jī)械臂。“科技不應(yīng)只是追求更強(qiáng)的性能，更應(yīng)聚焦與人的和諧共生。”這項始于去年10月的整機(jī)自研工作，承載著姜漢卿對科技本質(zhì)的思考。

“特別是在家居和養(yǎng)老場景中，我們需要讓機(jī)器人具備情緒感知、安全擁抱和動作協(xié)商等能力。實現(xiàn)這些功能的關(guān)鍵，在于精準(zhǔn)把握剛?cè)徂D(zhuǎn)換的平衡點——該軟時要柔軟，該硬時必須穩(wěn)固。”在他看來，這已不僅僅是技術(shù)的升級，而是重構(gòu)人機(jī)關(guān)系的開始。

跨界者的獎?wù)?/strong>

4月底，姜漢卿收到美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）發(fā)來的喜訊，他榮獲2025年度ASME Daniel C.Drucker獎?wù)隆?/strong>該獎?wù)率茿SME在應(yīng)用力學(xué)領(lǐng)域設(shè)立的最高榮譽之一，以表彰在應(yīng)用力學(xué)和機(jī)械工程領(lǐng)域長期在科研、教學(xué)及學(xué)術(shù)服務(wù)方面做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。

他也因此成為首位獲此獎?wù)碌闹袊鴮W(xué)者，同時是該獎項設(shè)立以來最年輕的獲獎?wù)咧弧?/p>

姜漢卿的學(xué)術(shù)之路，始于大連理工大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，隨后在清華大學(xué)攻讀固體力學(xué)博士學(xué)位，師從著名力學(xué)家黃克智院士。年少時的姜漢卿對計算機(jī)興趣濃厚，但最終由父親選擇的這個“穩(wěn)妥”專業(yè)，成了他日后跨界創(chuàng)新的重要基石。

“作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，力學(xué)是用最基礎(chǔ)的原理解決復(fù)雜的實際問題。”姜漢卿的早期研究集中在傳統(tǒng)固體力學(xué)。2001年赴美在伊利諾伊大學(xué)從事博士后研究期間，他首次感受到材料科學(xué)、力學(xué)與電子工程交叉融合的巨大潛力；2006年任教亞利桑那州立大學(xué)后，研究重心逐漸轉(zhuǎn)向柔性電子、可變形結(jié)構(gòu)和智能材料等新興領(lǐng)域。

可變形電子器件的研究，始自2010年前后。此時的姜漢卿，敏銳意識到柔性系統(tǒng)在人機(jī)環(huán)境耦合中的獨特優(yōu)勢，尤其是醫(yī)療、可穿戴設(shè)備、機(jī)器人等領(lǐng)域。這也讓他確信，“柔性技術(shù)是下一代人機(jī)交互的基礎(chǔ)架構(gòu)”。

2021年夏天，因相信“這里會給基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化一個全新的結(jié)合空間”，姜漢卿回國全職加入西湖大學(xué)，創(chuàng)建跨力學(xué)實驗室。這個名副其實的交叉學(xué)科平臺，匯聚了來自固體力學(xué)、機(jī)械工程、材料科學(xué)、計算機(jī)、紡織工程等不同專業(yè)的研究人員和學(xué)生，聚焦柔性力學(xué)、仿生結(jié)構(gòu)、軟體機(jī)器人、可食用電子器件等方向。

基于實驗室研究成果轉(zhuǎn)化，西湖交互機(jī)器科技（杭州）有限公司于2023年9月成立，以“柔性機(jī)器人+具身智能”為切入點，推動人機(jī)共生愿景的實現(xiàn)。擔(dān)任CTO（首席技術(shù)官）的，是姜漢卿實驗室此前的博士后李曉文。

實驗室提供前沿原始技術(shù)，公司將其產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，并在市場應(yīng)用中反哺基礎(chǔ)研究方向的選擇。姜漢卿說，作為初創(chuàng)公司，他們不會盲目追求大而全，而是選擇聚焦在一個既有實際需求又能充分發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢的領(lǐng)域——智能陪護(hù)機(jī)器人。

“在孵化公司前，我們對結(jié)構(gòu)響應(yīng)程度、系統(tǒng)功耗、安全柔性邊界等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某墒於仍u估。”這是團(tuán)隊決定從單純撰寫論文，轉(zhuǎn)向落地產(chǎn)品研發(fā)的信心來源。

對于長期從事學(xué)術(shù)研究的姜漢卿而言，創(chuàng)業(yè)過程中的最大挑戰(zhàn)往往來自非技術(shù)層面。“管理學(xué)校團(tuán)隊和公司團(tuán)隊是兩種完全不同的模式。”他坦言，“前者鼓勵自由探索，后者則必須目標(biāo)明確。”這種思維方式的轉(zhuǎn)變，成為他創(chuàng)業(yè)路上需要不斷調(diào)適的新課題。

“總想著怎么讓研究產(chǎn)生實際價值”

有人追求極致的深度與精細(xì)，也有人喜歡跨多個領(lǐng)域開展開放而多元的工作。姜漢卿偏重后者。

這些年，他曾提出基于折紙和剪紙原理設(shè)計的柔性電子技術(shù)，發(fā)明可折疊鋰離子電池、太陽能電池；當(dāng)可折疊電池成功走向商業(yè)化應(yīng)用后，他又將電子學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)深度融合，專注于可食用電子診療設(shè)備的研究。在元宇宙概念風(fēng)靡的那年，他還另辟蹊徑開發(fā)“高保真主動機(jī)械觸感交互系統(tǒng)”，為虛擬世界注入真實的觸覺體驗。

不過，看似跳躍的研究軌跡背后，始終貫穿著一條清晰的主線——用力學(xué)原理解決現(xiàn)實問題。“總想著怎么讓研究產(chǎn)生實際價值。”這句樸實的自白，道出了一種鮮明的工程思維特質(zhì)。這也直接體現(xiàn)在跨力學(xué)實驗室的英文命名中，Beyond Mechanics with Societal Impact（力學(xué)為基、影響社會）Lab。

姜漢卿同樣注重對學(xué)生工程思維的培養(yǎng)。“Who cares（誰在乎）？”這是他常掛在嘴邊的靈魂拷問，“你的研究有沒有人真正需要？”如果研究不能落地，再漂亮的論文也只是紙上的蝴蝶。“我們不僅要做出產(chǎn)品，更要成為能發(fā)頂刊的科技公司”，則體現(xiàn)了他對產(chǎn)學(xué)研深度融合的執(zhí)著追求。

眼下，團(tuán)隊正在為新品發(fā)布會做最后沖刺。未來半年的研發(fā)重點，將持續(xù)優(yōu)化機(jī)械臂性能，終極目標(biāo)是實現(xiàn)金屬般的硬度和布料般的柔軟度。“想象一下越劇的水袖表演，未來機(jī)械臂也能如此柔軟飄逸。”

除了物理安全性能的提升，他們還在數(shù)據(jù)安全和情感安全領(lǐng)域持續(xù)探索。通過融合AI技術(shù)，他們希望讓機(jī)器人不僅能提供生活照料，更能給予情感陪伴。“未來兩三年，我們計劃先在康復(fù)機(jī)構(gòu)、高端養(yǎng)老社區(qū)和示范家庭進(jìn)行應(yīng)用驗證。”姜漢卿坦言，由于AI泛化能力的限制，機(jī)器人全面進(jìn)入普通家庭可能還需要5-10年的技術(shù)積累。

從海外高校教授到西湖畔的創(chuàng)業(yè)新兵，姜漢卿用20余年完成了一場科學(xué)與產(chǎn)業(yè)的“雙向奔赴”。未來，無論是養(yǎng)老、康復(fù)還是家庭陪伴，他和團(tuán)隊都希望能成為推動“人機(jī)共生”理念落地的一股溫柔又堅定的力量。“力學(xué)的浪漫，就是讓科技更有溫度。”

文 | 童蔚

海報設(shè)計 | 李前芳

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