《中國科學報》福田敏男：微納機器人之父
發(fā)布日期：2017-10-24 供稿：中國科學報 溫才妃 攝影：黨委宣傳部
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作為全球首位提倡微納操作機器人的開拓者、領軍者，“培養(yǎng)更好的科學家，踏實從事科研的人”，是福田敏男來到中國，除了科研之外，正在努力的事。
在電影《神奇的旅程》中，有這樣一組鏡頭。科學家被縮小，注射入人體內完成手術。然而在未來，同樣的場景也許不再只存在于科幻電影，隨著微納技術的發(fā)展，某一天微納機器人甚至可以直接鉆入人體完成某一大手術，再從某部位鉆出來。
引領這一夢想的，是一名來自日本的國際機器人權威專家、北京理工大學智能機器人研究所特聘教授——福田敏男。作為全球首位提倡微納操作機器人的開拓者、領軍者，他的理想與中國迅速發(fā)展的人工智能不謀而合。
泛舟而來的靈感
“有時候，回想夢想的起點，有一點奇妙的感覺。”福田敏男說。
那是上世紀80年代初的一個午后，福田敏男悠閑地泛舟河上，無意間瞥見水中的生物，便用一個空飲料瓶將河水帶回學校。在顯微鏡下觀察，他發(fā)現(xiàn)眾多的微生物在小水滴里“跳舞”，“這個肉眼看不到的世界竟是如此神奇”。從水滴中的微生物得到的靈感，讓他對微納操作機器人產生了濃厚的興趣。而那時中國機器人研究剛起步，中國將智能機器人主題納入“863計劃”是在那之后兩年的事。
1984年起，福田敏男將微納機器人作為科研的主攻方向，用半生的努力致力于這項事業(yè)，以推動機器人發(fā)展的大跳躍。
對于微納機器人，也許人們比較陌生。與工業(yè)機器人、服務機器人、水下機器人不同，微納機器人不是獨立存在的，而是眾多機器人的服務者而非敵對者，它可以嵌入任何一種機器人里去，幫助實現(xiàn)特殊的性能。
雖然看不到摸不著，但事實上微納技術已經被植入大系統(tǒng)中。比如，汽車上的陀螺儀用于判斷姿態(tài)、方向，將微納技術注入陀螺儀，汽車的提前預警速度大大提高，對于人們安全出行大有幫助。這一項技術的實現(xiàn)得益于本世紀初，福田敏男開創(chuàng)的碳納米管的微納操作技術。
不僅如此，福田敏男還成功地進行了世界上首次對碳納米管的三維操作，將三維操作縮小到10個納米之內，為半導體制造技術帶來了重大革新。他將中空的碳納米管注入金屬，兩端施加電壓，金屬融化但碳納米管由于熔點高完好如初，熔化后的組件就像沾了墨水的毛筆，一端可用金屬書寫各種形狀、結構，從而實現(xiàn)了納米的3D打印。
他還是將自動化技術應用在納米領域的第一人。通過機器人化的納米操作以及自動化技術，把塵埃的飄浮不定變成有規(guī)律的動作，目前已達10納米甚至以下的量級，有效地幫助工廠提升效率與精準度。
在中國領銜開展原創(chuàng)性研究
時代證明了福田敏男的眼光。如今，微納操作機器人研究已經開展近30年，中國、日本、美國以及歐洲等國家都在暗自競爭微納操作技術，力圖以此作為機器人產業(yè)發(fā)展的新突破。
而福田敏男與中國的不解之緣也從1995年開始，應兩院院士宋健邀請參加中國制造技術與裝備高峰論壇，并在人民大會堂受到國家領導人接見。此后他多次訪華，擔任中科院自動化研究所、哈爾濱工業(yè)大學等十多個機器人重點研究單位的客座教授。
開頭提到的電影場景，雖然目前尚未實現(xiàn)，但福田敏男有自己的“時間表”。在北京理工大學，他帶領團隊提出了一系列面向生物醫(yī)療與極端制造的先進機器人技術。
他創(chuàng)建了世界上首個跨尺度協(xié)同生物組裝微機器人系統(tǒng)，制作出世界上最小的人工血管，直徑為200微米的人工血管突破了毛細血管在微小之處無法實現(xiàn)氧分供應的瓶頸，將3D打印做出毫米級別的人工血管遠遠地甩在身后，為人造器官替代衰死器官帶來了福音。
世界首個納米操作機器人系統(tǒng)誕生于福田敏男的實驗室，實現(xiàn)了單細胞原位特性表征，為癌癥等重大疾病診斷與個性化診療開創(chuàng)了新技術。這些研究獲得國際同行的高度認可，被譽為未來高端醫(yī)療診治機器人的代表。
福田敏男告訴《中國科學報》記者，一路走來，有三個獎項在他心中頗為珍視。一個是2010年IEEE總部頒布的機器人與自動化領域最高獎“終身成就獎”，它被視為機器人領域的“諾貝爾獎”；還有一個是2014年由李克強總理頒發(fā)的中國政府“友誼獎”；同年，他還獲得了被譽為“日本最高科學技術獎”的紫綬褒章獎。
培養(yǎng)更好的科學家
花白的胡須，干凈的西裝，雖然日日與機器人打交道，但68歲的福田敏男在學生眼中，更像是一名“老頑童”。不經意間一個有趣的手勢，PPT上突然出現(xiàn)的《鐵臂阿童木》，喜歡和學生們坐在一起討論、分享快樂，都讓人倍感親切。
在福田敏男看來，培養(yǎng)學生就像栽培一株植物，給予足夠的陽光、水分，精心照料就能健康成長。他因地制宜培養(yǎng)學生，不僅推薦學生赴日學習，實驗室還為留學的學生提供部分資金，并聯(lián)系日本的大學提供設備和平臺。
2015年留校任教的青年教師王化平是福田敏男的“資深學生”。他眼中的福田敏男“精力比學生好，可以一天不睡覺。大概是二三十年都處于這種狀態(tài)，早已習慣了”。
事實上，精力過人的福田敏男不只是在微納機器人領域頗有建樹，在仿生機器人領域還首創(chuàng)了用于仿猿猴機器人的擺動控制器，在模塊化機器人領域建立了世界上首臺動態(tài)自重構機器人等。
求學期間，王化平在福田敏男的支持和鼓勵下，多次參加國際會議，曾在國際會議上獲得學生優(yōu)秀論文獎。“跟著福田老師，會有一種被尊重的感覺。他對每個學生都很了解。”
迄今為止，福田敏男已經指導了30多名中國學生攻讀博士學位。他保留了每位博士生的電子照片，并為他們制作了“電子照片墻”。
福田敏男還在不斷推進中國學者與國際同行的學術交流，在他的指導下，由北京理工大學教授黃強等中國學者主辦的IEEE CBS國際機器人大會，即將在北京召開。
樹無根不立。要做好基礎研究，人力資源、資金、機會三個條件缺一不可。后兩者中國已經具備，而“培養(yǎng)更好的科學家，踏實從事科研的人”，正是福田敏男來到中國，除了科研之外，正在努力的事。
