“风暴”之巅 强国之愿——记上海大学机电工程与自动化学院无人艇工程研究院副研究员王敏

张雅慧

2022年9月15日，台风“梅花”携强风雨降临沪上，位于上海中心大厦、重达1000吨的阻尼器再次出现肉眼可见的摆动，使得上海中心大厦这座建筑高度超过600米的摩天巨擘安然无恙地屹立于风暴之中，维持其上海之巅的“荣誉”与“尊严”。

关于这个“定楼神器”的责任与使命，早在其研发之初就已被预设好：此阻尼器是世界上首个电涡流摆式调谐质量阻尼器，也是国际上首次将电涡流阻尼应用于超高层建筑的风阻尼器。它完全由我国自主研发，目的就是通过吸振原理，帮助高层建筑抵御“风雨飘摇”的危害，维护国民生命安全。“这是减振、防震相关理论一次极具代表性的落地应用，是将论文写在祖国大地上的绝佳范例。”来自上海大学机电工程与自动化学院无人艇工程研究院的副研究员王敏如是说道。

物体循直线或曲线出现摇、抖等现象，谓之“振”；偏移其原本位置，则谓之“动”。与“震动”一词有所差别的是，前者强调“往复”与“规律”，存在一定的周期性，可用于形容某个物理量的周期变化过程；后者则倾向“无序”与“随机”，大约等同于“动荡”的表层含义。在生活中，振动现象无处不在，无论我们是否感知得到。通常情况下由于已经司空见惯，其影响并不大，但放在军事工程、科学研究与精密探测等精益求精的行为之中，这种自发且难以抑制的自然现象便很可能成为制约其快速发展的根本因素所在。因此，在距离上海中心大厦仅有十几公里的上海大学中，就有像王敏一样的一群人，他们数年如一日坚守在岗位之上，同“振动”这一看似不起眼但实可掀起轩然大波的问题持续斗争。他们勇于承担、甘坐冷板凳，为我国军工利刃、国计民生、海洋探测等战略发展方向尽心竭力，孜孜不息。

启蒙：一碗传承至今的“深夜小面”

“其实我最初的志向并不是从事减振研究。”王敏职业生涯的开端多少有些出人意料。2012年，在告别了武汉理工大学后，硕士毕业的王敏为华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室常务副主任陈学东教授的学术造诣与人品所深深折服，不远千里，慕名而来。“我本科及硕士阶段的学习方向都是机械制造及自动化，具体来说就是机器人系统研发。当时陈教授的学术成果在业内颇具盛名，所以我目标明确，一定要跟随陈教授继续机器人方向的深造。”然而，拜入恩师门下后，陈教授却将王敏划归在未来深研减振技术的组别之中。

王敏

“是我的能力不够吗？我从前的努力都白费了吗？”即将“跨行”时，王敏陷入了自我怀疑，“坦诚讲，我当时对导师的决定产生了一些负面情绪。”但王敏的性格是极为磊落直率的，他很快就与陈学东教授当面沟通了这个问题。而他得到的答案总结起来只有4个字，却也重若千斤——国家需要。“陈教授非常理解我的困惑和迷茫。结合他当时正投身于光刻机技术的攻关历程，他语重心长地跟我讲了很多国家发展正在面临的技术瓶颈，也阐释了减振技术等基础研究对推动行业进步的重要性。我听得热血沸腾，也明白了教授的良苦用心。”自此，王敏就将自己的一颗红心全数奉献给了超精密主被动减振系统、高速高精运动生成与控制、机械动力学等彼时尚属陌生的学术领域。

纳米精度工作台是微型电子器件（又称“IC芯片”）光刻机的三大核心部件之一，制造难度极大，我国在相关领域又长期被“卡脖子”，发展进度缓慢。但随着智能时代的来临，战略需求的调整，一切正在发生改观。由陈学东教授领衔的科研团队便是其中一股坚实的支持力量，这些有识之士集结在一起，旨在建立一套基于超精制造装备多场耦合动力学模型的纳米精度多自由度工作台，并将其搭载于国家自主研发的光刻机之上，彼时王敏也有幸参与其列。“当时我接到任务都不敢相信，觉得能参与如此体量、规模的项目简直就像做梦一样。”所以，他忐忑、谨慎、如履薄冰，深觉重任在肩不敢辜负，三省吾身后仍觉自己的知识积淀还不够丰厚。要弥补这一点，他的方法就只有一个字——磨。这不仅是从书海中提炼知识的过程，更是一段磨砺科研心态的修行之路。学校不远处的深夜面馆，成了团队加班、补充能量的“加油站”，“我们常调侃说：问题解决不了怎么办，通宵攻关来碗面”。至今这一玩笑之语仍在实验室中口口相传。

虽然过程是波折的，但结果却是欣喜的。在协同光刻机攻关的项目之中，王敏针对超精密装备纳米精度生成的微振动问题，提出了基于空气弹簧与磁负弹簧的正负刚度并联抑振技术、基于模态解耦的天棚阻尼生成控制方法与相位迟滞补偿前馈控制方法，成功研制出了超低频主被动复合减振系统。同时，他也见证了“宝剑”被一众学者合力锻造而出的过程——我国首台IC芯片光刻机和国产首台封装光刻机现世，使这一行业实现了“从0到1”的重大突破。目前设备早已被成功应用于上海微电子装备有限公司、中国科学院光电技术研究所等机构，王敏所在团队也凭借此成果荣获2018年湖北省技术发明奖一等奖与2019年国家技术发明奖二等奖。

深研：一股翻腾在心中的滔天巨浪

2018年是王敏入职上海大学的第一个年头。在正式加入教育部“海洋智能无人系统装备”工程研究中心、上海市“智能无人艇系统”工程技术中心之前，王敏也曾经历过一段较为艰难的团队建设过程。“筹建队伍最主要的困难就是人手紧缺，刚开始我身边只有一两个学生，凡事都要亲力亲为，大到设计把关，小到零件采购。”但他一度乐在其中，“这样我才能切实深入到研究落地的每个环节中去，毕竟‘绝知此事要躬行’，对于一个新人来说这种锻炼机会是很宝贵的。而且，我也绝非孤立无援，校方和我的领导——上海市智能无人艇系统工程技术研究中心主任罗均、教育部工程中心主任谢少荣、无人艇工程研究院院长彭艳及执行院长蒲华燕等都给予了我非常多的帮助和指导。”

依托和谐的科研氛围，再加上“以所学报国”的信念，王敏带队向机械振动的抑制问题再次“进军”，继续从事超精密主被动减振系统建模与计算、高速高精运动生成与控制、智能材料基因编辑、智能结构振动抑制、高性能振动主动控制等方面的研究，但与此前略有差别的是，这一次，面向“建设海洋强国”的强势号召，他的方向是海洋、是深蓝，其“对手”则是风暴、是浪涌。

振动抑制技术素来被学界视为国民经济与国防建设领域的共性难题，但其同时也是空天探测、海面观测等重大装备正常运行的基础，是重大科学工程中先进光电探测装备在复杂工况下服役性能的根本保证。“它不仅决定着各种运载、制造、作业、检测等装备的运行精度和稳定性，还事关装备结构的安全和寿命，是制约航空、航海等军事装备发展水平的共性关键技术之一。随着各种装备的运行环境、服役性能向极端方向发展，这些装备对振动性能指标的要求正在不断挑战极限。各种军事环境中的仪器和装备对工作环境要求严苛，但其载体的工况却异常复杂：振动大且低频突出，唯有高性能抑振才能保证这些仪器与装备安全可靠地运行。”王敏补充道，“对于军舰、潜艇等国防武器装备而言，振动噪声水平的高低更是其‘声隐身’的前提，决定其在战场上的生死存亡。”

面对此种严峻态势，王敏作为团队中的骨干力量，责无旁贷地投入了抑振及减少噪声的科研队列之中。4年之中，他先后主持并参与了国家自然科学基金面上项目“基于刚度解耦设计与阻尼在线生成的无人探测装备双环主动抑振控制”、国家自然科学基金青年项目“基于巨电流变液频变阻尼在线调节的高海况无人艇探测装备抗扰控制研究”、国家重点研发计划项目“仿生水蛇机器人动力学与运动控制及整机实验验证”、科技部02重大专项课题“高性能超精密主动隔振系统研发”、装备发展部领域重点基金项目“基于电/磁流变材料的阻尼控制新器件”等一系列国家基础研究和重大工程；研制了多套具有自主知识产权并在相关研究机构和企业应用的多自由度主被动隔振系统，如六自由度压电式Stewart平台、多自由度水听器减振平台、多自由度水声诱饵隔振平台及多自由度光纤传感减振平台等多款主被动减振装置。

“科学技术的竞技与经济、医疗等领域一样，都是‘没有硝烟的战争’。全球顶尖高校、顶尖团队都是主力军。在这样的战场上，我们绝无懈怠的理由。”诚如王敏所言，强国之路仍在继续，翻涌在无数科研工作者心中的巨浪也从未平息。