【导师专访】李铁风：山水此程前路险，风雪未阻赴科研

浙大竺院人 2023-12-16

人物介绍

李铁风，浙江大学航空航天学院教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。软体机器人与智能系统实验室负责人。研究方向为软物质力学，智能材料结构设计，软体机器人，水下智能装备, 医疗康复装置等。在国际期刊上发表论文60余篇，包括1篇Nature封面论文，1篇Science Advances论文等，论文引用3000余次。获中国青年五四奖章、2021中国科学十大进展、中国科协青年人才托举工程、科学探索奖（前沿交叉领域）、浙江省自然科学基金杰出青年基金、麻省理工科技创新35人（MIT TR35-China）等荣誉。2022年6月，获“浙江大学竺可桢学院十佳专业导师”荣誉称号。

年过而立的浙大老师在马里亚纳海沟放出了一条软体机器鱼，登上Nature封面，荣获中国青年五四奖章——这是见到李铁风老师前，记者们对他的了解。我们不禁好奇，一个人需要投入多少精力，才能如此年少而有为。采访的过程中，这个问题的答案在李铁风老师娓娓道来的科研经历中逐渐浮现。

爱时进取,昼夜成岁

在以往的报道中，李铁风老师常常提到他的十年艰难岁月——“能推公式能搬砖，睡过地板晕过船”。从2009年到2023年，从初踏入软材料研究领域，到做出成果，李铁风老师承受了压力与挑战，展示了坚韧的品格，大胆求知，探寻真理。

据李铁风老师自述，这十余年间他经历了三次重大的挑战。

第一次挑战发生在李铁风老师刚开始接触软材料研究的时候。软材料这个领域是近十余年力学研究中一个新兴方向。在浙江大学读博期间，受到导师杨卫院士的启发，李铁风老师开始认识软材料。2009年前往哈佛公派留学，李铁风老师正式开始研究软材料，致力于解决影响智能软材料驱动性能的难题—— 力电“失稳”。与传统的方式不同，他没有试图消除“失稳”，而是通过控制“失稳”的程度来激发驱动性能。这个另辟蹊径的想法在最初却遭遇了理论和实验的双重困难，“理论解释不清，试验没人愿做”，被李老师形容为博士生涯的“至暗时刻”，当时他非常焦虑，只能熬夜推公式，自制设备做实验。坚持了一年多，最终发现并证实了这个方法。后来，这个发现成为机器鱼的理论原理的一部分，那些夜以继日的努力暗暗为未来的“小鱼”提供了理论基础。

2012年，浙江大学力学系筹建一个软材料实验室，李铁风老师放弃了留美机会，回校开始实验。“我当时就是想要继续把电驱动软体材料做到最好”，带着单纯而灼热的心，他努力克服经费不足、空间缺乏等诸多问题。不过，对于李铁风老师而言，真正的挑战绝非物质的匮乏。当时李铁风老师研究的一种设计原理“在水中用高电压稳定快速地驱动软体机器人”，是他遇到的第二次挑战。2015年左右，李铁风老师再次找到了突破点。基于水的弱导电性，他尝试用水作电极，经过反复研究与实验，他做出一条全软体的、小于一寸长的机器鱼：第一条小鱼诞生了。

Self-powered soft robot in the Mariana Trench. Nature 591, 66–71 (2021).

“手握一种新的软体驱动系统，就想让它去经历下大风大浪”，小鱼诞生的一刻起，李铁风老师就产生了将它放入深海的念头。这时，李铁风老师所面临的第三个挑战出现了。一个有违常识的原理出现在李铁风老师眼前：软材料可以承受极高的水压，不需要额外的保护装置。但由于设备、人员紧缺，实验又仅仅处于不确定的理论验证阶段，李铁风老师再次面临需要“砸锅卖铁”寻找出路的困境。不过李铁风老师没有放弃，他和团队全力准备，带领团队自制模拟装置，又四处求助深海实验机会，终于在2019年获得了前往马里亚纳海沟的“船票”。为了确保小鱼的机能，充分利用这个仅有的机会，全团队昼夜不停地继续模拟实验。小鱼首次下海就成功地在全世界最深的海域中经受住深海的压力和几小时长时测试，实验成功了。

李铁风老师的成功，看似来源于灵感，但这份随机而巧妙的灵感的来源，却是力学基础研究自身的底气，这与李老师本人在基础学科领域的持续深耕不无相关。采访刚开始时，李老师就提到，力学这个专业是传统而基础的，该领域有许多两弹一星元勋科学家们，譬如钱学森先生。基础往往意味着艰苦，而“航空航天”这四个字更意味着艰苦奋斗。尽管李铁风老师的研究方向创新而年轻，但他的每次突破都和前辈们一样，伴随着不知多少页的稿纸、不知多少管的笔墨。李铁风老师希望同学们不要忽视基础的理论研究，他说，在浙大图书馆中还能看到一些学生用纸和笔推导公式认真演算，这令他十分欣慰和骄傲——他认为，一个顶尖高校不会缺少专注于基础的人。

根据自己的经验，李老师提醒同学们，“看上去不可行的想法有可能正蕴含着难得的创造”，但是，面对质疑时，还是应该首先自我质疑。“大胆假设，小心求证，快速迭代”，在不断的失败中不断地调整、创造，“不要去想有多痛”，才能及时地出现里程碑式的突破，激励我们继续前进。

登上Nature封面的仿生狮子鱼深海软体机器人模型

科研背后，是国之大者。个人的成就总是得益于时代浪潮的助力、国家大势的推动。李老师说，他非常感谢国家对科研的重视和科技实力全方位的进步，让工程力学与海洋深海工程得以协作，让小鱼得以入海遨游。2017年，得知中国科考团队在7400m深海诱捕到若干条深海狮子鱼后，李铁风老师立即向中科院深海所提出了近距离观察学习的请求。这种全身没有皮肤、像果冻一样的鱼，为机器鱼的研制提供了宝贵的深海样本。李铁风老师看到了软材料研究的前瞻性，更看到了它对于国家前景、人类探索的重要意义，他在采访中提到，“以柔克刚”“刚柔并济”是传统的中国哲学，软体材料令人意想不到的特性与能力正体现了“柔”的力量，他希望自己的研究成果能从中获得启发，为国家建设努力奋斗。正如李铁风老师的学生李霄霄所说，李铁风老师始终坚持做“经世济用”的科研，从未忘记“什么是重要的”。

思源力始，师徒偕行

科研对于李铁风老师而言，是热爱，是使命，是幸福。从小，他就喜欢阅读科学书籍，也喜欢自己“制作发明”。小时候的他非常喜欢阅读《十万个为什么》系列丛书和《航空知识》杂志，这两套书给了他很大的启发。直到现在，他仍习惯于在日常生活中普及科学，探索奥秘，并乐此不疲。在2022年世界杯开幕之际，李铁风老师特意将一个比赛球送给了课题组学生。除了鼓励他坚持体育锻炼之外，李铁风老师还想趁机向大家讲授一个有趣的力学知识：“世界杯这个球的表面不光滑，有很多坑洼的小点，能让其飞行中的阻力比光滑足球更小。”在日常的生活中发现乐趣，在艰难前行的路上不囿于困境，正是李老师人格的真实写照。

李铁风老师和学生宋知航在实验室合影

出于对科研的热爱，工作之余，李老师也会努力向大众，尤其是向新一代科研人，传播科学知识，并“用通俗易懂的方式让大家明白”。作为一名青年教师，李铁风老师自2014年起为大二的学生讲授材料力学这门课。在授课的过程中，他致力于将最前沿的科研成果融入课堂。“教学相长，是一个我不断在体会，不断在进步的方向。在我看来它是非常精髓的，教学，我要和学生一起学，一起进步。”虽然讲授材料力学这门课已有八年之久，但李铁风老师仍强调其“每一年都有变化”。除了他自己对课程有了更为新颖深刻的理解，他还会加入最近的科研成果与发现，与大家解释力学的的世界中，究竟在发生着什么。李铁风老师很自豪地说，登上Nature封面的机器鱼案例已经成为大二学生教学的习题素材，甚至在前往马里亚纳的实验中，也有一些环节由大一、大二本科生直接参与。从课堂习题到科研实践，李老师希望用自己的力量让同学们感受到科研就在身边，让他们在亲身参与的过程中激发对科研的兴趣与信心。

李铁风老师在“竺涯共语”开放日分享科研心路

李铁风老师还提到：“网络上有极为经典的、讲得很好的课件与视频，仅凭借这些资料学生就能将知识点掌握得差不多，甚至某种意义上比你老师在课堂上讲更方便。遇到不理解之处，可以拖回视频再听，直到听懂为止。课堂上却很难实现。”面对这样的现实，李铁风老师慢慢认识到，在教学中，单纯的讲解与灌输是不够的，更为重要的是要让学生看到这个课程背后思想的过程，让学生有参与感。如抽丝剥茧般触碰思想的缘起、发展与内核，学生对这个过程会产生自我推导思考的感受，继而更好的掌握知识。

“力学是一门古老的课程”，四百年前，伽利略如何思考梁的弯曲？场景式的代入，让李铁风老师持续改进着他的教学。“让学生感知到老师在和他一起学习与进步，是很重要的。”

导学行空，向航云海

李铁风老师向我们说明了他在导学关系中的三重身份：“作为学生的导师，我将经验和所了解的知识传授给他们；做科研工作时，则视我和学生为合作者；学业与科研以外，我也希望和学生分享爱好与兴趣。” 李铁风老师注重激发学生的创造力。年轻人带着独有的青春气息与冲劲，能迸发更多精彩的可能。“这是科研中非常宝贵，但也非常容易被各种挑战所遏制的品质。”他解释道。所以在初为导师之际，学生探索方向和课题之时，李铁风老师会去了解学生的爱好，提供给他们一些有意思的想法，让他们充分发挥自己的想象而不被限制，继而帮助他们确认方向。

采访中，李铁风老师也分享了与在场的两位竺可桢学院18级同学的故事。他了解到宋知航喜爱跳舞，便让她研究使用一套可用于舞蹈动作采集的装置，引导她的兴趣和科研相结合；唐恺则因为对控制感兴趣，收到了一个机械臂的任务，他需要独立完成设计、购买与搭建，问题不断，启发不断。这些在接触科研之始的锻炼，不仅激发了学生的兴趣，更为将来科研道路上遇到类似的情况积累了经验。李铁风老师还提到，学生要敢于在老师面前提出自己的想法，坚持想法，证明想法。这是他格外欣赏的品质，并希望每个同学都可以做到。

李铁风老师与学生唐恺、宋知航合影

除了给予学业与科研上的指导，导师更是学生们人生路上的引航人。大学只是“求真知”的起点，学生们习得专业领域的知识还远不够，更要习得“如何求真知”，才能拉起风帆，劈开蓝色的波澜，航向广阔的天与海。对有意从事他的研究课题方向相关科研的同学，李铁风老师给出如下的建议：

要有扎实的理论功底，如数学、物理、材料学。分数考的高只是浅层次的追求，真正要做到的是花功夫去“啃”一到两本专业的书或是一门课。李铁风老师说：“要敢自信地对自己说，这门课我学明白了。”

打好课程基础后，要打开视野，了解科学前沿。课余可以关注当今世界最为前沿的材料技术和机器人技术，以及它们是如何结合一体的。不要把机器人只和热门的科技划等号，“还要关注机器人的本体，甚至是涉及到基础科学研究的部分，让世界变得不同。”

获取到足够的信息资源之外，还需要培养强大的动手能力。动手能力不仅是是动手做实验、做模型的能力，还包括动手推导公式与演算的能力和动手做实验、做模型。推理公式的幕后是对概念的原始理解，也是对知识的主动掌控。

“天风漫漫，山海苍苍”，李铁风老师心怀广阔天地，诠释着科研最为简朴的本真，愿这份理想，感染更多的人。

21级竺可桢学院导师制已经开启，最后，让我们聆听李铁风老师给同学们的寄语吧！

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