首屆全國科普月各項活動異彩紛呈，濃厚的創新氛圍更是引爆人氣。在中國科協青少年科技中心（中國科協科普活動中心）主辦的“智匯青春·科創成果向未來”主題展示活動中，新材料以及多領域協同發展賽道成為了觀眾關注的焦點。包括清華大學和中國人民解放軍空軍工程大學在內的高校更是“八仙過海，各顯神通”，在新材料多領域協同發展領域走出了一條創新之路，也為整個活動增添了跨界融合創新的底色。

兩棲機器人：跨學科協作結碩果

在活動現場，清華大學微型無線陸空兩棲機器人展示吸引了大量青少年圍觀。該機器人融合了力學、材料學、電子控制等多領域技術。研發團隊在攻克“連續變形與鎖定”這一技術難題時，將跨學科協作和創新發揮到了極致。

一直以來，清華大學科研團隊致力於應用力學原理解決前沿交叉領域的一些基礎科學問題和挑戰。團隊成員學科背景多元，涵蓋力學、材料科學、微電子科學、機器人科學等多個方向。

在攻克機器人“連續變形與鎖定”的過程中，團隊以力學為牽引，合理設計結構，結合數值仿真與模擬，實現了驅動器豐富多樣的幾何構型﹔隨后團隊又引入了材料科學，利用先進的智能材料讓驅動器不僅“動起來”，更能“鎖得住”﹔再利用微電子科學和電路設計觸發智能材料，控制機器人行為。同時，研發團隊充分利用空氣導熱性能較差的特點，調整兩類材料的空間排布間隔，消除電熱控制過程中的熱串擾。經過了近六個月的反復試驗與嘗試，最終實現了陸空兩棲機器人的總體設計和優化。

與微型機器人中常用的傳動機構與微型電機組合的驅動方式相比，陸空兩棲機器人驅動器的最大優勢在於重量輕、厚度薄、體積小等優勢，可實現連續變形和任意構型鎖定，運動形式更加多樣。目前，該技術在國際上處於較為領先的地位，充分彰顯跨學科協作突破技術瓶頸、推動技術創新的巨大潛力。

智能匠心：將“鍛造”與“打印”融為一體

高端裝備的核心部件制造直接關系到國防安全與科技進步。在此次展示中，中國人民解放軍空軍工程大學與西空智造強強聯合的研發團隊研發的“激光鍛打印技術”引發觀眾嘖嘖稱奇。

一直以來，空軍工程大學致力於航空航天高端零部件的抗疲勞制造研究。增材制造作為前沿成形技術，具有高自由度和快速成形的優勢，但其快速凝固帶來的非平衡熱力學效應，也導致了微觀組織不均勻、內部缺陷及高幅值殘余拉應力等問題。這一瓶頸促使團隊決心攻克金屬增材構件“易疲勞損壞”的國際難題。於是，“激光鍛打”技術應運而生。

將“鍛造”與“打印”融為一體的理念，源於團隊在“激光沖擊強化”領域長達十余年的技術積累，以及對增材制造瓶頸問題的深刻洞察。在技術上，激光鍛打要實現“邊打印邊鍛造”的精妙控制，核心在於一套極高速、高精度的閉環控制系統。必須實現感知與決策的同步。為此，團隊開發出在線監測系統，實時捕捉熔池形貌、溫度場等關鍵信號﹔控制系統則依據這些數據，毫秒間動態調整超快激光的沖擊能量、重復頻率及掃描路徑，實現對沖擊“力場”的精確閉環控制。

最大的挑戰來自於如何讓“熱打印”（粉末熔凝）與“冷”鍛打在時間和空間上實現無縫銜接且互不干擾。通過精確控制激光束的開關、定位和切換時序，確保在每一層打印完成后，高能沖擊波能即刻對尚處於特定溫度區間的熔覆層進行微觀鍛打，實現改性，而非破壞。

實踐是檢驗真理的唯一標准。在實驗中，團隊觀察到大量超出預期的現象和數據。這些珍貴的實驗數據，促使團隊重新審視和修正初始的理論模型，從而揭示了更深層次的科學規律。這個“假設-驗証-修正”的循環，推動了科學認知與工藝能力的螺旋式上升，充分驗証了一個從原理突破，到技術實現，再到工程成熟的持續創新與迭代過程，是團隊跨學科協作的一個裡程碑。

打破壁壘：在實踐中錘煉創新能力

清華大學的微型無線陸空兩棲機器人的研發，經歷了跨領域、多學科的融合創新。團隊成員在講解中反復強調，跨領域多學科協作是未來科創的主要趨勢。作為新時代的科研工作者，在專注於自己研究方向的同時，必須廣泛涉獵更多其他學科的研究進展，逐漸形成多學科交叉融合解決前沿科學領域基礎問題和挑戰的思維模式和研究方法。

中國人民解放軍空軍工程大學的研究團隊則表達了對“跨領域、多學科”融創的理解和認知。他們表示，科研工作者應摒棄先學理論再做實驗的線性模式，應該在攻克具體技術難題的過程中，自發地意識到理論知識的不足，並立刻能將所學應用於實踐。這種“需求牽引”式的學習，是培養融合能力的最有效途徑﹔其次，實踐出真知，在實驗室裡親手做出可靠的數據、制備出高質量的樣品，其價值與提出一個新理論同樣重要﹔同時，要構建跨學科導師生態，實行“雙導師”制，鼓勵甚至要求團隊同時接受來自不同領域導師的指導。跨界的思維碰撞能從根本上建立起融會貫通的能力，理解從“原子”到“零件”的全鏈條創新邏輯。

來源: 中國科協青少年科技中心

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