让昆虫参与救灾，深圳90后海归科学家立志创造“世界首个”

影视文学作品中的人物有时开启超能力变为昆虫，利用娇小的身躯轻松完成各类复杂环境侦探工作。当下，蟑螂、蝗虫、甲虫等能被远程驾驭，成为我们的小帮手吗？

【资料图】

一个来自深圳的奇思妙想科研团队，就给蟑螂、蝗虫、甲虫背上“电子背包”遥控它们行走跳跃飞行，让昆虫成为侦察探测的小帮手。目前，哈尔滨工业大学（深圳）青年科学家李曜聚焦生物机器人系统研究，带领团队开发了世界上首个具有跳跃能力的生物机器人。

世界首款会跳的生物机器人并不是无厘头研究，李曜说，“背包虫”大军可以灵活穿行于各种狭小空间，不存在电力焦虑，未来或会成为地震、火灾等灾后搜救、环境探测的重要帮手。作为一名从海外留学归国的“90”后青年科学家，李曜立志科研报国，赴国外留学期间，他学成报国的想法从未动摇。

哈尔滨工业大学（深圳）机电工程与自动化学院副教授、博士生导师李曜

为蝗虫定制“电子背包”

经过上百次失败后

跳跃生物机器人猜想得到证实

给昆虫加上“电子背包”，就能控制其行动轨迹，这个“电子背包”有何特别之处？李曜介绍，“电子背包”实际上就是给昆虫肌肉施加电信号的电子设备，研究人员通过“电子背包”给昆虫施加电信号，从而控制生物机器人的行动轨迹。

2019年，李曜在直博新加坡南洋理工大学并完成博士后研究工作后，来到哈工大（深圳）开展生物机器人研究工作。那时，微型跳跃机器人领域长期存在着微致动器驱控困难、落地稳定性不足等难题，而他创新性地开发出基于蝗虫后足的生物驱动器，利用电刺激触发蝗虫后足肌肉“共收缩”，该过程就是控制蝗虫高性能跳跃的关键。

明确了方向，李曜带领团队一步步地实验探索。电极应该放在蝗虫哪块肌肉上？电信号输出什么样的参数效果最好？两块肌肉的持续运动怎么样设计，才能让跳跃成功率更高？研究初期，李曜带领团队花了很多功夫摸索各种可能性。

“之前边实验边失败，我们也一直在怀疑，团队的猜想到底能不能实现？”李曜平静地说，在成功之前，团队可能已经失败了上百次。

但偶然有一次，实验中两个电极的配合刚好能让蝗虫完成一次共收缩储能。“看着蝗虫实现了一次快速地踢腿反应，那个瞬间我们是非常兴奋的。这说明我们的猜想没错，我们可以实现对蝗虫的踢腿、跳跃控制。”

在此基础上，李曜为蝗虫定制了给肌肉施加电信号的电子设备小型——“电子背包”，将其开发为微型跳跃机器人，实现了远程跳跃控制。这个具有驱动性能高、落地可靠性好等特点的机器人，也成为世界上首个具有跳跃能力的生物机器人。此外，李曜将创新思维应用在生物机器人飞行控制研究中，开发了基于甲虫的微型飞行机器人，首次实现生物机器人飞行轨迹反馈控制。

研究获得突破，李曜的研究成果多次发表在机器人学顶级期刊，受到了国内外知名媒体的关注。他累计发表学术论文20余篇，授权国家发明专利10余项，先后被评为哈工大（深圳）青年拔尖人才，并入选2022年度Elsevier全球前2%顶尖科学家榜单。前段时间，共青团广东省委员会公布2022年“广东向上向善好青年”名单，全省100名优秀青年获此称号，4名深圳师生榜上有名，其中就有李曜。

提升空间探测能力

为灾后搜救提供多一分希望

昆虫“打工人”，同样值得尊重。给昆虫装上“电子背包”，会对它们造成损伤吗？李曜介绍，为了验证实验可能造成的昆虫肌肉损伤问题，他们曾连续做了14天的实验，发现昆虫肌肉组织在14天内都没有出现任何的损伤。“我们可以得出结论，相关实验是不会对昆虫造成不可逆转损伤的。”

相较于传统微型机器人，生物机器人有哪些优势？李曜介绍，不同于传统微型机器人，生物机器人是“生物+电子设备”的结合体。生物机器人具有高机动、长续航、大负载等特点，能够解决一些传统微型机器人不能解决的难题。

来深圳之前，李曜的生物机器人研究偏向于甲虫的飞行控制。目前，李曜团队机器人研发方向包括生物机器人、微型机器人和水空两栖机器人。短期内，该团队会把人工微型机器人系统优势跟生物机器人系统做结合，建立融合机器人系统。

科学研究的价值，在于更好服务社会。未来，生物机器人有哪些具体的应用场景？李曜表示，未来生物机器人在灾后搜救、环境探测中发挥作用的优势明显。如，强烈地震导致人员被困在坍塌建筑中时，可以利用生物机器人携带摄像头及传感设备进入狭小空间，寻找幸存者、确定伤员位置及探测周边环境，为展开人员施救提供更多可能。“地震救灾就要争分夺秒，早一秒找到幸存者，就多一分救援希望。”

一项科研成果的实用性转化，需要经历无数次实践验证与完善。为了丰富生物机器人测试场景，李曜来到深圳市福田区竹子林消防救援站开展测试。一台电脑、一台信号传收器、一个生物机器人，就组成了“环境探测小分队”。在竹子林消防站装备技师范树荣指导下，消防指战员们为李曜团队模拟搭设了一个相对复杂的环境空间。

“我们现在用于救援的音视频摄像头存在灵活性不强的问题，直下直上不能转弯，不能像生物机器人那样可以让我们看到更多复杂区域。”范树荣对李曜团队研发的生物机器人颇有兴趣，同时也对产品实用性设计提出建议。“在现场观看过科研团队的测试后，很期待这款生物机器人能够尽早投入各项救援当中。”

立志科研报国

继续开展“从1到N”的研究

李曜出生在山东省东营市，因为父亲是一名工程师，他从小就接触到机械设计环境。“父亲的影响是潜移默化的，我从小对机械感兴趣。”本科时，他就读于华中科技大学机械类启明创新班，之后，凭借在本科期间的优异表现申请了新加坡南洋理工大学的直博项目，进入博士阶段机器人相关研究学习。

“看到国内近年来取得的科技突破我备受鼓舞，立志助力国家科技发展。”李曜表示，在选择出国读博时他就已经规划好了“要回国工作”，并且这一想法“从未动摇”。目前他带领团队重点研究的方向，还包括生物机器人的集群智能技术。“我们的研究已经实现了‘从0到1’，接下来会继续开展从‘1到N’的研究。希望利用多个生物机器人协作提高工作效率，解决当前单一机器人负载与运算能力不足的问题。”

谈及当初为何选择来到深圳工作，李曜表示，深圳是一座对新技术非常开放、对不同的想法非常包容的城市，这里汇聚了各行各业的精英，科研工作效率非常高。“深圳对青年科研人员的支持力度比较大，科研环境也比较开放，鼓励开展创新性的研究，这是比较吸引我的点。”

采访中他特别提到，有一次团队向企业提出加急生产器材需求后，企业加班加点，一天就做出来了。“企业当晚做好器材，为了确保能在第二天送到我们手里，他们甚至都没有走快递途径，直接开车送货上门。”李曜不由地感慨：“器材送到我们手上时都快凌晨了，深圳企业的服务效率是真高！”

此外他表示，哈工大（深圳）给予青年教师的科研启动经费比较充足，这些经费使用起来比较方便，这为他顺利开展科研并成功取得成果提供了很大帮助。作为哈工大（深圳）机电工程与自动化学院副教授、博士生导师，在科研上一路“闯关”的李曜，心中有一个坚定的愿望，那就是把这种勇于攻关的精神传承下去，培养更多创新型科技人才。

“我相信在不久的将来，中国会是第一个将生物机器人应用于救援的国家。”

对于荣获“广东向上向善好青年”这一称号，李曜说，这既是莫大鼓舞更是全新起点。今后，他将继续发挥科研创新精神，为经济社会发展作出更大的贡献，以实际行动践行青年风采与青年担当。

对于青年教师取得的重磅荣誉，哈工大（深圳）机电工程与自动化学院副院长徐文福表示，李曜是学院近年来涌现出的众多优秀青年教师之一。“学院始终把助力青年教师成长摆在重要位置，通过集体研讨、以老带新等形式助力青年教师在教学、科研等方面快速成长，为青年教师创造更多承担或者参与国家重要项目的机会。”

采写：南都记者伍曼娜

摄影：张子珊 常乃天

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