在仿生智能實驗室中,機械工程學院的宋加雷博士正在對學生製作的機器魚實體模型進行評測。突然的一個電話,讓他放下了手中的工作,繼研究成果被比較動物生理學、動物行為學等方面國際領先的雜誌《Journal of Experimental Biology》刊登後,他所參與的猛禽飛行機理的研究成果被《自然》雜誌媒體頻道專題報道。談到作品被刊登的感受,宋加雷表示:“這算是對我們工作的一種認可,再接再厲。”
宋加雷與英國倫敦大學皇家獸醫學院合作的研究,率先使用粒子追蹤的方法,結合高精度的高速攝影術和CFD仿真,得到猛禽身後流場的旋渦結構與三維速度。因其在仿生飛行空氣動力學方面的研究成果,近期,宋加雷被美國國家航空博物館遴選為典型人物,在博物館2025主題展覽“How things fly”中展出。
從力學到仿生,不變的是學術初心猛禽飛行機理研究並不是一件易事,這離不開宋加雷多年來的學術積累。他本科就讀於中國科技大學由錢學森創立的近代力學系,後申請了流體力學研究方向,畢業後到美國範德堡大學攻讀機械工程博士學位。2018年,宋加雷加入了英國倫敦大學皇家獸醫學院,開展博士後研究工作。在此期間,他開始參與探究猛禽飛行機理的科研項目。
探究猛禽飛行機理的實驗過程存在一定難度,要對猛禽的飛行機理進行研究,首先要做的就是測量鳥,對鳥身體的各項指標進行測量;再者就是控制鳥,讓鳥按照實驗的要求飛行,但普通人很難去控制鳥類行為,因此宋加雷與團隊還需要藉助鳥類訓練師的幫助。宋加雷坦言:“其實我們也可以用鳥的模型來進行實驗,也的確能夠做出一定的結果,但這始終會和真鳥飛行的結果不太一樣,我們希望得到更加嚴謹精確的實驗結果。”
仿生研究是一個交叉學科的研究,包含力學、生物、計算機和機械設計等,採用的技術涉及高性能計算機模擬、流場顯示技術和高速攝影技術等。宋加雷在剛接觸仿生研究時也遇到了不小的問題,除了自己的專業力學外,他還需要跨學科學習。“接觸一個新的領域,就是一個熟悉的過程,就是要投入精力和時間的。”也正是憑藉這份毅力,宋加雷關於猛禽飛行的文章發表之後受到廣泛關注,被《每日郵報》《MSN新聞》等國際媒體撰文報道,Altmetric(一個反映文章分享、下載、閲讀情況及認可程度的評價系統)評價其影響力位列全球同期發表所有研究的Top 1%。以研促教,貼近學生學習生活
2019年8月,宋加雷結束留學回國,來到東莞理工學院進行教學和科研。宋加雷熱衷於在課堂上把實驗中有趣的結論和現象分享給同學們,為充分激發學生對仿生研究的興趣,他還專門開了一門名為“動物的飛行及仿生”的公選課。由於課堂上有許多非理工科的學生,他有目的性地調整了教學內容,讓教學更偏向科普性及對自然現象的思考,“我認為針對不同學生要因材施教,對非理工科的學生來説,重要的是讓他們瞭解和認識仿生研究。”
因其對教學的投入,他的課堂好評不斷。2018級智能製造工程專業的李冬表示:“宋老師課堂上授課認真,課堂氛圍活躍,講的知識點很生動,能結合很多有趣的例子。課後的宋老師幽默風趣,能給我們講許多有趣的小故事,非常有人格魅力。”宋加雷重視興趣對學生的引導作用,教學時會在課堂上培養學生對學科的興趣,也善於活用事例調動學生學習的積極性,引導學生主動學習。仿生智能實驗室招新時,對仿生研究是否感興趣是宋加雷十分看重的一個點。
宋加雷熱衷於在實驗室和學生一起探討科研問題,定期開會,常常在關鍵時刻提出專業的意見,為學生解決科研上的困難。2018級機械設計製造及自動化的胡偉淳既是宋加雷公選課的學生,也是實驗室的一員,他回憶道:“之前我們在有關機器人舵機參數的選擇時缺乏一些理論依據,宋老師會從原理出發,和我們一起推導,讓我們運用相關的公式進行舵機參數的確認。”宋加雷常鼓勵學生大膽發表個人的看法,共同交流。“咱們學院的學生動手能力還是挺強的,基礎很紮實。”宋加雷笑道。科普仿生知識,用專業服務社會
“前景很廣闊,任務很艱鉅。”這是宋加雷對仿生研究未來發展的看法。仿生研究的重要性不言而喻,動物的運動機理,很值得人類好好學習。宋加雷説道:“動物經過上億年的演化,已經進化出卓越的運動技能,如果我們能夠充分學習到動物的一些運動機理,就能夠給仿生研究提供很重要的理論支撐,從而提高能量利用的效率或實現有效的運動。”
宋加雷所在的仿生智能實驗室,其中的一個研究方向便是仿生機器人,通過把在動物上發現的運動機理運用到仿生機器人上,使這些仿生機器人可以在室內救援、空中勘測等多個領域得到廣泛應用,最終發展出仿生空中飛行、陸地行走、水下游動的海陸空多維機器人系統,各種機器人相互通信,從而提高救援與探測的效率。仿生研究總是有着巨大的吸引力,“每次一聽説我們要做實驗,一些教授的孩子都專門跑到我們實驗室來看。”宋加雷笑道。他還致力於進行青少年科普講座,幾個月前,宋加雷還赴河源市龍川縣第一中學,為當地學生做了主題為“動物飛行與仿生”的科普講座,受到一致好評。同時他也希望同學們能夠到學校的科技創新研究院的平台上進行學習,既能學到有用的知識,也能更好地瞭解我們學校的科研發展情況。
宋博士對未來有着三點規劃:保持研究初心,做好基礎研究,創造更多知識,為人類健康貢獻力量;爭取仿生機器人設計的產業化,把研究的發現變成實實在在有用的東西;開展科普工作,以自然中動物的運動為支點,培養大家對知識的好奇和對科學的追求,也喚起對保護生物多樣性的關注。宋加雷向仿生研究中傾注熱愛,未來也將把更多的研究成果投入社會實踐當中。#想了解莞工的你還可以看#
文字來源 | 紀健生
圖片來源 | 受訪者提供 新聞中心
圖文編輯 | 辛承祚
責任編輯 | 蔡耀蔚 辛承祚
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