外形如阿米巴虫，可自如地进行变形运动，时而蜷缩成球，时而伸展成条，仿佛电影大片中的液体机器人再现......在今年的中关村论坛上，一款获得2024年全国发明展览会金奖与北京发明创新大赛金奖的流变机器人（Rheobot）备受关注，成为焦点。这款机器人是北京交通大学机电学院90后教师李振坤和他的团队，经过5年潜心研发取得的前沿科技成果。作为新时代的青年人，李振坤说：“这款机器人是他和团队努力的结晶，未来我还将和团队继续在前沿科技领域不断探索。同时我要做前沿科技的探索者和科普者，推动新质生产力发展。”
全球首台桌面级4D打印机填补国内空白
2019年，博士毕业后的李振坤不断在智能制造、新材料与机器人等多学科交叉领域深耕。他带领的团队在多个研究方向上取得成果，共发表高水平SCI论文40余篇。他还申请了30余项相关发明专利，其中多项已实现技术转化，填补了国内相关领域的空白。他深知，在这个日新月异的时代，唯有不断创新，才能走在科技的最前沿。2021年博士后出站后，李振坤回到母校北京交通大学人任教，不仅出色完成了教学任务，更在科研与科普领域屡创佳绩。4D打印技术及流变机器人的研发就是其中之一。
谈到4D打印技术，李振坤坦言这要从2019年说起。当时，软体机器人领域正逐渐崭露头角，但受限于材料和技术的瓶颈，其发展一直难以取得突破性进展。传统的软体机器人大多依赖于弹性材料的变形，但其变形方式相对固定，难以适应复杂多变的环境。刚刚完成博士学位的他敏锐地意识到，要实现软体机器人的真正突破，必须寻找一种全新的材料和技术。在一次国际学术会议上，李振坤了解到4D打印技术的潜力，那就是可使物体在受到外界刺激时能够自动变形。“这也让我意识到，如果将4D打印技术与软体机器人相结合，或许能够解决软体机器人变形受限的问题。”李振坤说。
然而，要将这一想法变为现实，并非易事。2021年，回到母校北京交通大学任教的李振坤，组建了一支由10名青年博硕士组成的多学科交叉科研团队，开始了朝世界科技前沿的艰难探索。他们首先面临的挑战就是材料的选择问题。“传统的智能材料在响应性和记忆性方面存在诸多不足，难以满足软体机器人的需求。”李振坤介绍，经过前期的计算分析和后期的反复试验与筛选，他们最终发明出一种磁控流变记忆材料，这种材料不仅对外界刺激具有响应性，而且表现出一定的记忆性。但材料的突破仅是第一步，接下来的4D打印工艺设计和优化又成为需要突破的难题。李振坤团队经过无数次的尝试和改进，最终成功开发出一种多材料4D打印技术，能够精确控制材料的分布和形态，实现了软体机器人的精确制造。“过去的技术制作一个软体机器人需要5到10个小时，我们现在通过简化4D打印的工艺把这一过程缩减到10分钟以内。”李振坤说。为了将这一技术从实验室推向市场，李振坤与中关村相关企业合作，研发出了全球首台桌面级4D打印机Mag 4D Printer并入选中关村论坛常设展，填补了国内在该领域的空白。
全球首款流变机器人崭新亮相
随着技术的不断成熟，李振坤团队开始着手进行新型软体机器人的研发。“最理想的软体形式其实是液体流动，科幻作品中就有很多液体机器人的形象，比如‘终结者’、‘毒液’等，但是这类液体机器人由于缺少仿生原型，使其难以对自身状态进行感知和有效调控，无法拓展到实际应用。”李振坤谈到，他们团队根据自主研发的磁控流变记忆材料在2023年发表的一篇论文中在全世界首次提出了流变机器人（Rheobot）的概念，并设计了全球第一款能够自如进行变形运动的流变机器人。
这款机器人外部由水凝胶材料制作，相当于单细胞生物的细胞膜，内部由自主研发的新型磁控流变记忆材料制作，通过控制线圈产生的磁场，可以精确控制机器人本体不同部位磁控流变记忆材料的凝胶-溶胶转化，从而实现机器人的变形运动。如今，李振坤团队自主研发流变机器人技术已能够通过实时感知自身内部材料的分布和流动情况，实现真正的智能控制。在未来的应用中，这款机器人将有望在体内治疗、军事侦察、星际探索、智能穿戴等领域发挥重要作用。
打造国内首个《4D打印与软体机器人》科学课程
在埋头做科研的同时，李振坤还意识到科普教育的重要性，“拔尖创新人才需要理解前沿科技的内涵，全社会也需要通过科普来达到推动新质生产力发展的目的。”为此，李振坤团队利用自主研发的磁控智能材料特性演示装置、4D打印软体夹持演示装置、多材料磁控4D打印机等前沿首创科教装置，成功举办了20余场大中型科普活动。团队创还建立了前沿科学教育志愿服务队，培养兼职讲师40余人，深入人大附中、101中学等多所中小学开展前沿科技科普，并打造了国内首个《4D打印与软体机器人》科学课程。
谈到未来，李振坤坦言，作为青年工作者，要勇于探索和挑战，他将继续做好前沿科技创新，不断进行前沿科技的探索性研究。他还将继续把科学研究和科普教育结合起来，提高公众对前沿科技的了解。“我希望我可以成为一个案例，让外界看起来很神秘的前沿科技、科研工作者走进公众中间，让更多大众了解科技创新，爱上前沿科技。”
文/北京青年报记者 武文娟