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王敏 | “風暴”之巔 強國之愿

2023-05-10 14:33
來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
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2022年9月15日,臺風“梅花”攜強風雨降臨滬上,位于上海中心大廈、重達1000噸的阻尼器再次出現肉眼可見的擺動,使得上海中心大廈這座建筑高度超過600米的摩天巨擘安然無恙地屹立于風暴之中,維持其上海之巔的“榮譽”與“尊嚴”。

關于這個“定樓神器”的責任與使命,早在其研發之初就已被預設好:此阻尼器是世界上首個電渦流擺式調諧質量阻尼器,也是國際上首次將電渦流阻尼應用于超高層建筑的風阻尼器。它完全由我國自主研發,目的就是通過吸振原理,幫助高層建筑抵御“風雨飄搖”的危害,維護國民生命安全。“這是減振、防震相關理論一次極具代表性的落地應用,是將論文寫在祖國大地上的絕佳范例。”來自上海大學機電工程與自動化學院無人艇工程研究院的副研究員王敏如是說道。

▲王敏

物體循直線或曲線出現搖、抖等現象,謂之“振”;偏移其原本位置,則謂之“動”。與“震動”一詞有所差別的是,前者強調“往復”與“規律”,存在一定的周期性,可用于形容某個物理量的周期變化過程;后者則傾向“無序”與“隨機”,大約等同于“動蕩”的表層含義。在生活中,振動現象無處不在,無論我們是否感知得到。通常情況下由于已經司空見慣,其影響并不大,但放在軍事工程、科學研究與精密探測等精益求精的行為之中,這種自發且難以抑制的自然現象便很可能成為制約其快速發展的根本因素所在。因此,在距離上海中心大廈僅有十幾公里的上海大學中,就有像王敏一樣的一群人,他們數年如一日堅守在崗位之上,同“振動”這一看似不起眼但實可掀起軒然大波的問題持續斗爭。他們勇于承擔、甘坐冷板凳,為我國軍工利刃、國計民生、海洋探測等戰略發展方向盡心竭力,孜孜不息。

啟蒙:一碗傳承至今的“深夜小面”

“其實我最初的志向并不是從事減振研究。”王敏職業生涯的開端多少有些出人意料。2012年,在告別了武漢理工大學后,碩士畢業的王敏為華中科技大學數字制造裝備與技術國家重點實驗室常務副主任陳學東教授的學術造詣與人品所深深折服,不遠千里,慕名而來。“我本科及碩士階段的學習方向都是機械制造及自動化,具體來說就是機器人系統研發。當時陳教授的學術成果在業內頗具盛名,所以我目標明確,一定要跟隨陳教授繼續機器人方向的深造。”然而,拜入恩師門下后,陳教授卻將王敏劃歸在未來深研減振技術的組別之中。

“是我的能力不夠嗎?我從前的努力都白費了嗎?”即將“跨行”時,王敏陷入了自我懷疑,“坦誠講,我當時對導師的決定產生了一些負面情緒。”但王敏的性格是極為磊落直率的,他很快就與陳學東教授當面溝通了這個問題。而他得到的答案總結起來只有4個字,卻也重若千斤——國家需要。“陳教授非常理解我的困惑和迷茫。結合他當時正投身于光刻機技術的攻關歷程,他語重心長地跟我講了很多國家發展正在面臨的技術瓶頸,也闡釋了減振技術等基礎研究對推動行業進步的重要性。我聽得熱血沸騰,也明白了教授的良苦用心。”自此,王敏就將自己的一顆紅心全數奉獻給了超精密主被動減振系統、高速高精運動生成與控制、機械動力學等彼時尚屬陌生的學術領域。

納米精度工作臺是微型電子器件(又稱“IC芯片”)光刻機的三大核心部件之一,制造難度極大,我國在相關領域又長期被“卡脖子”,發展進度緩慢。但隨著智能時代的來臨,戰略需求的調整,一切正在發生改觀。由陳學東教授領銜的科研團隊便是其中一股堅實的支持力量,這些有識之士集結在一起,旨在建立一套基于超精制造裝備多場耦合動力學模型的納米精度多自由度工作臺,并將其搭載于國家自主研發的光刻機之上,彼時王敏也有幸參與其列。“當時我接到任務都不敢相信,覺得能參與如此體量、規模的項目簡直就像做夢一樣。”所以,他忐忑、謹慎、如履薄冰,深覺重任在肩不敢辜負,三省吾身后仍覺自己的知識積淀還不夠豐厚。要彌補這一點,他的方法就只有一個字——磨。這不僅是從書海中提煉知識的過程,更是一段磨礪科研心態的修行之路。學校不遠處的深夜面館,成了團隊加班、補充能量的“加油站”,“我們常調侃說:問題解決不了怎么辦,通宵攻關來碗面”。至今這一玩笑之語仍在實驗室中口口相傳。

雖然過程是波折的,但結果卻是欣喜的。在協同光刻機攻關的項目之中,王敏針對超精密裝備納米精度生成的微振動問題,提出了基于空氣彈簧與磁負彈簧的正負剛度并聯抑振技術、基于模態解耦的天棚阻尼生成控制方法與相位遲滯補償前饋控制方法,成功研制出了超低頻主被動復合減振系統。同時,他也見證了“寶劍”被一眾學者合力鍛造而出的過程——我國首臺IC芯片光刻機和國產首臺封裝光刻機現世,使這一行業實現了“從0到1”的重大突破。目前設備早已被成功應用于上海微電子裝備有限公司、中國科學院光電技術研究所等機構,王敏所在團隊也憑借此成果榮獲2018年湖北省技術發明獎一等獎與2019年國家技術發明獎二等獎。

深研:一股翻騰在心中的滔天巨浪

2018年是王敏入職上海大學的第一個年頭。在正式加入教育部“海洋智能無人系統裝備”工程研究中心、上海市“智能無人艇系統”工程技術中心之前,王敏也曾經歷過一段較為艱難的團隊建設過程。“籌建隊伍最主要的困難就是人手緊缺,剛開始我身邊只有一兩個學生,凡事都要親力親為,大到設計把關,小到零件采購。”但他一度樂在其中,“這樣我才能切實深入到研究落地的每個環節中去,畢竟‘絕知此事要躬行’,對于一個新人來說這種鍛煉機會是很寶貴的。而且,我也絕非孤立無援,校方和我的領導——上海市智能無人艇系統工程技術研究中心主任羅均、教育部工程中心主任謝少榮、無人艇工程研究院院長彭艷及執行院長蒲華燕等都給予了我非常多的幫助和指導。”

依托和諧的科研氛圍,再加上“以所學報國”的信念,王敏帶隊向機械振動的抑制問題再次“進軍”,繼續從事超精密主被動減振系統建模與計算、高速高精運動生成與控制、智能材料基因編輯、智能結構振動抑制、高性能振動主動控制等方面的研究,但與此前略有差別的是,這一次,面向“建設海洋強國”的強勢號召,他的方向是海洋、是深藍,其“對手”則是風暴、是浪涌。

振動抑制技術素來被學界視為國民經濟與國防建設領域的共性難題,但其同時也是空天探測、海面觀測等重大裝備正常運行的基礎,是重大科學工程中先進光電探測裝備在復雜工況下服役性能的根本保證。“它不僅決定著各種運載、制造、作業、檢測等裝備的運行精度和穩定性,還事關裝備結構的安全和壽命,是制約航空、航海等軍事裝備發展水平的共性關鍵技術之一。隨著各種裝備的運行環境、服役性能向極端方向發展,這些裝備對振動性能指標的要求正在不斷挑戰極限。各種軍事環境中的儀器和裝備對工作環境要求嚴苛,但其載體的工況卻異常復雜:振動大且低頻突出,唯有高性能抑振才能保證這些儀器與裝備安全可靠地運行。”王敏補充道,“對于軍艦、潛艇等國防武器裝備而言,振動噪聲水平的高低更是其‘聲隱身’的前提,決定其在戰場上的生死存亡。”

面對此種嚴峻態勢,王敏作為團隊中的骨干力量,責無旁貸地投入了抑振及減少噪聲的科研隊列之中。4年之中,他先后主持并參與了國家自然科學基金面上項目“基于剛度解耦設計與阻尼在線生成的無人探測裝備雙環主動抑振控制”、國家自然科學基金青年項目“基于巨電流變液頻變阻尼在線調節的高海況無人艇探測裝備抗擾控制研究”、國家重點研發計劃項目“仿生水蛇機器人動力學與運動控制及整機實驗驗證”、科技部02重大專項課題“高性能超精密主動隔振系統研發”、裝備發展部領域重點基金項目“基于電/磁流變材料的阻尼控制新器件”等一系列國家基礎研究和重大工程;研制了多套具有自主知識產權并在相關研究機構和企業應用的多自由度主被動隔振系統,如六自由度壓電式Stewart平臺、多自由度水聽器減振平臺、多自由度水聲誘餌隔振平臺及多自由度光纖傳感減振平臺等多款主被動減振裝置。

“科學技術的競技與經濟、醫療等領域一樣,都是‘沒有硝煙的戰爭’。全球頂尖高校、頂尖團隊都是主力軍。在這樣的戰場上,我們絕無懈怠的理由。”誠如王敏所言,強國之路仍在繼續,翻涌在無數科研工作者心中的巨浪也從未平息。

責編 | 關弋

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