——记中国科学院沈阳自动化研究所张弼及其团队

曹笑轩

2022年3月4日，北京冬奥组委驻地冬残奥会火炬传递活动现场，火炬手彭园园佩戴智能手臂，接过上一棒圣火，举起火炬。传递过程中，她灵活运用智能手臂挥舞致意，使用健侧手臂与智能手臂流畅自如交替火炬，实现了双手操作的梦想。

这款智能手臂是中国科学院沈阳自动化研究所（以下简称“沈阳自动化所”）机器人学国家重点实验室张弼团队为火炬手彭园园“量身定制”的一款生机电一体化机器人——上肢助力外骨骼机器人，不仅涵盖传统假肢功能，而且突破了残肢功能再造技术。其上搭载的人机神经接口技术、贴合皮肤的多模态信息采集系统等技术能够准确解析受试者意念，实现残肢对智能手臂的自然操控，可满足精细操作、负重操作等日常生活的迫切需求。

当前全国有超过8000万残疾人、2.5亿60岁以上老年人，他们的生活、工作、学习、养老等问题，是一直困扰众多家庭和全社会的重大民生工作。面向人民生命健康，让科技惠及广大老年、残疾人群，助力健康中国，始终是张弼团队全体成员的共同追求。

栉风沐雨携手共进

经由2022年冬残奥会上的科技亮相，张弼团队和他们的医疗机器人相关成果“一战成名”，引发各界关注，为下一步科技成果转化打开了良好局面。如今回顾团队的发展历程，张弼亦是感慨良多：“我们这个团队，相当于白手起家。一开始像个小树苗似的，非常弱小，也经历过风吹雨打。幸好有这些一起做事的兄弟和我共同支撑，我们才能走到今天。”

沈阳自动化所素有“中国机器人事业的摇篮”之称，在我国机器人发展史上创造了多项第一，解决了国家制造业发展一系列重大关键技术问题。但论起张弼对这里的向往，还要说到他求学时的一次偶然。

彼时，张弼正参与一项东北大学与沈阳自动化所的合作项目，他第一次来到合作单位参观的那天恰巧是中国科学院公众开放日。展馆中，几十种形态各异、功能不同的机器人静静陈列。那一刻，他仿佛又变回了天真的小孩子，看着满屋子心仪的展品恨不能多长几双眼睛，甚至连路也“走不动”了。多年后张弼回忆起这一幕仍难掩激动：“太厉害了！我能在书上看到的、我能想到的这些东西都在那里，当时给我最大的冲击就是我觉得我学的理论有地方去实践了。”

2017年，张弼以优异的成绩从东北大学自动化系博士毕业，随后步入自己梦寐以求的科研殿堂——沈阳自动化所。来自五湖四海的人才汇聚于此，他们虽有着不同的性格、专注于不同的领域，但那种不畏艰险、科研报国的信念始终相同。在这里，张弼也陆续结识了许多志同道合的好伙伴、好兄弟。其中，赵明、徐壮、姚杰等人与张弼一拍即合，围绕医疗机器人方向，他们携手踏上了新的攀登之旅。

这是一个年轻的团队、自由的团队，也是一个心怀祖国和人民的团队，同心同德、迎难而上是他们最佳的精神写照。起初，为了搞清楚医疗机器人在国内外的发展水平，寻找团队的创新方向，张弼一行平均每年有两三个月的时间奔波在外。任何一场相关大型会议或顶尖学者的讲座，无论多远，他们总要前去学习和拜访：“哪怕只是看一眼，我们都感觉很值得。”对于这段积淀探索时期的状态和心情，张弼是这样形容的：“那完全是一种漫无目的的探寻，有些茫然，但是又坚定又激情澎湃，很矛盾的一种感觉。确实辛苦，但也发自内心地感到这是一种幸福的累。”

在长达3年的学习调研过程中，团队自身优势一点点被厘清，突破新方向也渐渐浮出水面。与此同时，张弼一行也未曾放缓技术积淀的脚步，先后完成基于生物电信号的踝关节康复机器人控制方法研究、攻克人机神经接口技术、构建出柔性驱动式患者步行模式高实时运动分析系统。正是有了这些从未间断的理论和技术积累，张弼团队才有机会走上2022北京冬残奥会的舞台，一举惊艳四方。

厚积薄发一鸣惊人

张弼等人第一次与2022年北京冬奥会和冬残奥会组织委员会接触是在2020年4月，相关负责人前来沈阳自动化所进行技术调研时，原本并没有注意到这支默默无闻的小团队。是张弼主动出击，不断展示团队实力，阐明医疗机器人的迫切需求和光明前景，最终以十足的诚意和过硬的技术打动调研团队，赢得了这次机会。

2020年年初，张弼、赵明、徐壮、姚杰4人联合鲁迅美术学院副教授陈江波和辽宁省人民医院的康复科主任张亮，围绕外骨骼机器人火炬传递的演示任务，组成了“科技冬奥”专项攻关小组；2021年4月，国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“多机器人跨域火炬传递技术研究与系统示范应用”正式立项；2021年7月，团队用时3个月，多次走访调研、对接需求、选购组件、测试方案，足迹遍布大半个中国；2021年10月底—2022年2月初，技术攻关近100天，研制完成上肢外骨骼系统，具备入场条件；2022年2月—3月初，先后在顺义、大兴、石景山等区域开展测试；2022年3月4日，火炬接力演示任务完美落幕。回顾从争取机会到正式立项、进行冲刺、成功应用的过程，张弼如是说：“这个过程总体有一点辛苦，但其实也没有那么多的旁人想象中惊心动魄的故事，甚至乏善可陈。不过中间每一小步的进展都让人感到高兴，项目最后的结果也非常令人开心，我们一群人在一起奋斗的感觉也让人很享受。”

事实上，这项任务完美收官背后的辛劳与汗水，远非寥寥数语所能道尽。只是直面挑战、迎难而上对于张弼团队而言已成一种习惯，便也不觉得分外辛苦，并且常常为自身能够从挫折中有所收获而分外欣慰。

2021年12月中旬，团队已经攻克诸多难题，步入智能外骨骼机械手臂各元器件整合组装阶段。然而就在这最后的紧要关头，团队发现主控制板的尺寸出了问题。“就差几毫米。火炬手使用的智能外骨骼机械手臂是一个很小的系统，当时为了追求极致，我们是按毫米测量的，想要做到严丝合缝，达到完美状态。但没想到最后喷漆、接线线槽等各种因素加起来，剩余空间还差几毫米，主控板放不进去。那上头密密麻麻全是电路，只要削剪一点，就坏了。还是怪我们经验不足、思虑不周。”由于这次“完美主义”导致的失误，整个团队倍加忙碌，很多时候饭都顾不上吃，终于在一周的时间内绘制出新的主控板。回忆起当时的紧张氛围，张弼却并不叹惋，反而洒脱一笑：“追求极致，原本是值得称赞的精神。但是过分追求完美而忽视其他方面因素，反而不美。这也是很多我们这样的年轻学者需要改进的地方，算是给我们自己好好上了一课。”

随着项目落成，相关成果得到央视《新闻联播》《新闻直播间》等报道，《中国日报》《科技日报》《中国青年报》《光明日报》《经济日报》等媒体转载。张弼本人也因此受邀于恰佩克青年科学家论坛发表演讲，并被选作科技冬奥科研人员典型案例进行表彰，但他最引以为豪的却并非这些荣誉：“把理论研究变成实际应用，是最让我高兴的事情。通过这次‘科技冬奥’项目，我现在能够很自豪地说，我提出的基础理论，真正结合了实际、发挥了作用，而不是几句空话。”

如今，2022年冬残奥会已经完美落幕，但属于张弼团队的征程才刚刚拉开序幕。下一步，面向人民生命健康领域，他们仍将持续深耕，积极推进医疗、养老服务机器人等研究，加快科技成果转化，以科技手段助力健康中国。

（责编：袁园）