王洪波:唯故鄉(xiāng)與科學(xué)不可辜負(fù)
王洪波,燕山大學(xué)校機(jī)械工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,河北省“百人計(jì)劃”特聘專家,中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)科技成果轉(zhuǎn)化專家委員會(huì)委員,曾獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng),在國(guó)際、國(guó)內(nèi)期刊及國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表論文100多篇,主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金、863 計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家支撐計(jì)劃項(xiàng)目、歐盟第七框架計(jì)劃等項(xiàng)目多項(xiàng)。2015 年入選第十一批國(guó)家“千人計(jì)劃”創(chuàng)業(yè)人才。
1977年,文化大革命后的第一場(chǎng)高考將王洪波送到了遠(yuǎn)在齊齊哈爾的東北重型機(jī)械學(xué)院(燕山大學(xué)的前身,以下簡(jiǎn)稱東重)。經(jīng)過三十余個(gè)小時(shí)的旅途奔波,帶著好奇和新鮮感來到這所重點(diǎn)學(xué)校,從此,他就在這里扎了根。
從被公派到瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)機(jī)器人研究所做訪問學(xué)者開始,王洪波就開始與醫(yī)用機(jī)器人結(jié)緣。在日本實(shí)習(xí)和工作時(shí)他主要研究電動(dòng)輪椅和醫(yī)用服務(wù)類機(jī)器人,這為他從事醫(yī)用機(jī)器人的研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),值得一提的是,他讀博學(xué)校長(zhǎng)崎大學(xué)的前身就是一所醫(yī)學(xué)院!有時(shí)候,出于一種先入為主的直覺,便會(huì)在一個(gè)領(lǐng)域“糾纏不清”;有時(shí)候在一個(gè)行當(dāng)研究得深了,便會(huì)產(chǎn)生一種莫名情愫,在祖國(guó)的召喚下毅然回國(guó)的王洪波延續(xù)了之前的研究方向也遵從了自己的本心,以醫(yī)用機(jī)器人為切入點(diǎn),并搭乘863計(jì)劃和國(guó)家支撐計(jì)劃的“順風(fēng)車”,搞起了中國(guó)的醫(yī)用機(jī)器人。
但彼時(shí)國(guó)內(nèi)醫(yī)用機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r卻不容樂觀,據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)80%以上的高性能醫(yī)療器械產(chǎn)品依賴進(jìn)口,國(guó)內(nèi)醫(yī)院的高端設(shè)備基本被國(guó)外先進(jìn)企業(yè)壟斷,總體創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力不足,最早的一臺(tái)醫(yī)療機(jī)器人還是2006年生產(chǎn)的,整體上來講我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)還不夠成熟,科研力量也不夠強(qiáng)大,這對(duì)于王洪波及其團(tuán)隊(duì)來說可謂充滿挑戰(zhàn)。
路漫漫其修遠(yuǎn)兮,其必上下求索之。王洪波深知其任重道遠(yuǎn),回國(guó)后,他便“大刀闊斧”地干了起來。他接手的第一個(gè)項(xiàng)目是“截癱/四肢癱瘓患者用模塊化下肢康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人”,該項(xiàng)目是863計(jì)劃項(xiàng)目之一,截止2011年3月份項(xiàng)目結(jié)題,他們?cè)O(shè)計(jì)并完成了用于下肢康復(fù)的機(jī)器人,在此基礎(chǔ)上,“坐臥式多關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人研發(fā)”又獲得國(guó)家支撐項(xiàng)目的資助,該機(jī)器人涉及解剖生理學(xué)、表面肌電信號(hào)分析等非機(jī)械學(xué)原理。該項(xiàng)目由多方合作完成,其中涉及物理、化學(xué)、生物學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,雖然多方各司其職,但他們也必須對(duì)各領(lǐng)域的知識(shí)有所了解,特別是醫(yī)用機(jī)器人所涉及到的醫(yī)學(xué)原理以及機(jī)體運(yùn)動(dòng)的機(jī)理、病人恢復(fù)的過程等,因此他們廣泛鉆研了包括醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)方面的眾多書籍。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究探索,截至目前為止,該項(xiàng)目已經(jīng)設(shè)計(jì)出了完備的產(chǎn)品樣機(jī),并根據(jù)病人病況的發(fā)展設(shè)計(jì)出了三種訓(xùn)練模式:被動(dòng)訓(xùn)練模式、助力訓(xùn)練模式、主動(dòng)訓(xùn)練模式。在截癱病人完全沒有運(yùn)動(dòng)意識(shí)的情況下,機(jī)器人會(huì)帶動(dòng)肢體進(jìn)行訓(xùn)練,經(jīng)過一段時(shí)間的被動(dòng)訓(xùn)練,肢體會(huì)逐漸恢復(fù)運(yùn)動(dòng)意識(shí)。但由于神經(jīng)、肌肉等器官的損傷,肢體雖然有了運(yùn)動(dòng)意識(shí)但卻“有心無力”,此時(shí)便采用助力訓(xùn)練模式,以提高病人的主觀能動(dòng)性。主動(dòng)訓(xùn)練模式則是基于肢體具備一定力量的前提之下進(jìn)行的肌力訓(xùn)練模式。該機(jī)器人所要達(dá)到的最終目的就是使病人能夠完全恢復(fù)獨(dú)立行走狀態(tài)。王洪波及其團(tuán)隊(duì)還排除眾難,在國(guó)家從來沒有發(fā)布過下肢康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品證的基本國(guó)情下,申請(qǐng)到了國(guó)家二類醫(yī)療器械產(chǎn)品證,使得研制出的產(chǎn)品能夠投入生產(chǎn)。
此項(xiàng)目主要是針對(duì)截癱、腦卒中和偏癱患者研究完成的。隨著中國(guó)老齡化現(xiàn)象的加劇,越來越多人處于或即將處于無法自理的狀態(tài),據(jù)統(tǒng)計(jì),城市65歲以上居民每年住院費(fèi)用約合5096元,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他年齡段的居民,這不僅給子女帶來巨大的負(fù)擔(dān),也給社會(huì)發(fā)展的整體推進(jìn)造成了很大的壓力,而這一研究成果的出世給社會(huì)和癱瘓患者帶來了福音,它在一定程度上緩解了社會(huì)養(yǎng)老壓力。這也正體現(xiàn)了王洪波的遠(yuǎn)見,早在項(xiàng)目籌備之初,他就預(yù)見到了中國(guó)康復(fù)醫(yī)療設(shè)備所潛藏的巨大的市場(chǎng),他們研制出的機(jī)器人主要應(yīng)用于醫(yī)院、康復(fù)機(jī)構(gòu)等醫(yī)療單位,雖然機(jī)器人使用費(fèi)用昂貴,但得益于國(guó)家補(bǔ)貼,普通百姓也能夠享受到高科技成果帶來的便利,使研制成果造福普通百姓也是王洪波的最初想法和最終目的。
同為王洪波負(fù)責(zé)的另一國(guó)家支撐計(jì)劃項(xiàng)目“智能患者轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)理機(jī)器人”也具有相當(dāng)高的使用價(jià)值,該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)床與床、專用浴池以及輪椅之間的自動(dòng)平穩(wěn)搬移,并且具有無線操作、語音導(dǎo)航、防止掉落等功能,大大減小了“摟、抬、抱、架”等轉(zhuǎn)運(yùn)過程對(duì)病人造成的傷害。但在研究過程中,轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人的皮帶跑偏問題讓他們頗為頭疼,按照書上的原理來講,當(dāng)皮帶受力均勻,驅(qū)動(dòng)輥制作成向外凸的樣式可以有效防止跑偏,但實(shí)際情況并不是那么樂觀,由于受力不均,按照理論進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)與預(yù)期效果大相徑庭,在近兩個(gè)月的反復(fù)試驗(yàn)中,他們嘗試了數(shù)種可能,最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果竟與理論完全相反!經(jīng)過了150余次實(shí)驗(yàn),每次測(cè)試兩個(gè)來回然后記錄,他們發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輥在向里凹的情況下,可以有效防止跑偏,并且誤差會(huì)保持在3mm以內(nèi)。除了皮帶的跑偏,王洪波及其團(tuán)隊(duì)還在研究皮帶的消毒和清潔等細(xì)節(jié)問題,以最大程度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品人性化。
除了科研,王洪波在課程改革方面也做了很多嘗試,其中之一便是三級(jí)項(xiàng)目的改革。有別于其他專業(yè)一門課一個(gè)項(xiàng)目的形式,他們結(jié)合 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《機(jī)器人技術(shù)》 和 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 三門課的課程特點(diǎn),并將三門課共三十多個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)融合起來讓學(xué)生們做一個(gè)項(xiàng)目,這樣學(xué)生就可以更加系統(tǒng)地運(yùn)用所學(xué)知識(shí),做出來的成品也比較完善,然后大家通過比賽評(píng)比的形式來增強(qiáng)交流、互相激勵(lì),之后還會(huì)在此基礎(chǔ)上做二級(jí)項(xiàng)目,更進(jìn)一步地提升學(xué)生們的水平。
從瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)到日本長(zhǎng)崎大學(xué),再到一家跨國(guó)公司,在外漂泊的十余年,王洪波對(duì)于學(xué)術(shù)科技的研究如同他的腳步一樣從未停歇。而作為國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家,并同時(shí)擔(dān)任著中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)科技成果轉(zhuǎn)化專家委員會(huì)專家、國(guó)際期刊副主編、國(guó)內(nèi)外多個(gè)期刊編委等社會(huì)兼職的他,回國(guó)時(shí)本有機(jī)會(huì)選擇首都的高?;蛘?85、211工程名校,但骨子里的信念告訴他,燕山大學(xué)培養(yǎng)了他,他就應(yīng)該把他的一身本事和滿腔熱血交付并播撒到燕山大學(xué)這片美麗的土地上。他自豪地稱自己為“燕大人”并且堅(jiān)定地說自己一定會(huì)一直留在燕山大學(xué),在這個(gè)曾經(jīng)培育過他的地方為更多的學(xué)生搭建起高飛的平臺(tái)。他更希望自己的一點(diǎn)作為能夠給國(guó)家給人民帶來些許改善,在國(guó)家全面建設(shè)小康社會(huì)的洪流中作一條涓涓細(xì)流,滋養(yǎng)一方群眾。