英才計劃助力科技夢想改變世界

我的爺爺是一位機械工程師，在我很小的時候，親手給我做了很多有趣的手工玩具，在我幼小的心田里種下了科技的種子。上幼兒園后，我對汽車非常感興趣，并迷上了樂高機械組汽車搭建，最復雜的有多達4 000 余個零件，但幼小的我卻樂此不疲。初中時，我系統學習了VEX 機器人和計算機語言，為后續機器人搭建和編程打下了基礎。

從幼年到少年，我始終對科技懷有濃烈的興趣，夢想成為一名用科技改變世界的工程師。我也在努力實現夢想，在和父母一起規劃學業時，我了解到中學生英才計劃，如果被錄取，我將可以像研究生一樣跟著教授研究課題。2022年底，經過母校推薦和市里的層層選拔，我幸運地成為同濟大學的英才計劃學生，在徐軍教授的指導下研究水下機器人。

確定研究課題

我的英才計劃研究課題來源于自己對海洋環境污染的關注。很多國家在實現經濟增長的過程中造成了嚴重的水污染，比如海洋和河流里的化學污染物、垃圾，石油管道滲漏造成的污染等，我還親眼看到自己小區的居民把塑料瓶等各類垃圾扔進河里，因此就有了研發水下機器人改善生態環境的想法。開始時，我了解到針對水下機器人已經有了一些相關研究，市場上也推出了一些產品。但是現有的研究和產品都存在較為突出的缺陷，比如絕大多數都使用螺旋槳推進，產生的噪聲和波動會影響水下生態環境。為解決這一問題，我從仿生角度出發，汲取了海龜的四足結構并結合魚鰭的流體動力學優勢，采用FLOW-3D仿生模擬得到不同形狀的魚鰭在流體中對機器人游泳效率的影響，并通過與實物驗證相結合的方法，開發了旨在保護水體環境的仿生水下機器人。

必須承認，這一課題具有相當大的難度，正是因為英才計劃給予的支持，才讓我有了堅持下去的底氣。非常感謝徐軍教授對我的選題和方法給予的積極肯定，以及提出的更加具體可行的思路。我與徐教授團隊的第一次線下見面是在2023 年的1 月30 日。春節假期一結束，徐教授和王博士、薛博士便熱情地接待了我，讓我在上海的寒冬里倍感溫暖。為了這次面談，我提前準備了PPT，向徐教授團隊介紹了關于仿生水下機器人研究方向的一些思考。我主要提出了兩個方向：第一個是仿生海龜的四足結構，并設計鰭使它既能行走也可以推進機器人游泳；第二個是機器人游泳方式的動力學研究，研究目的是提升機器人的游泳效率。徐教授和2 位博士跟我一起頭腦風暴，給了我很多建議，他們耐心細致的指導讓我很感動。

在接下來的2 個月中，我經過反復調研，與徐教授反復探討，最終確定了課題：學習如何把物理學原理應用到工程實踐，開發仿生水下機器人，用仿真數字模擬和真實實驗驗證相結合的方法，對比探究鰭的形狀對機器人游泳效率的影響，從而實現高效水下機器人開發的目標。

多方面能力得到提升

在科研過程中，我得到了徐軍教授的指導，享受到了同濟大學的學習資源，多方面能力得到了提升。首先是科研必備的工具知識，熟練掌握了機械結構設計和制圖、電子部件設計和調試、大學物理、AutoCAD、SolidWorks， 以及Arduino 編程等； 學習了FLOW-3D仿真模擬軟件的操作方法，包括搭建物理模型、設置仿真環境、創建網格塊、設定邊界條件，以及設置運動物體的速度參數，并將這一前沿技術有效應用在機器人的效率提升上。在此基礎上，徐教授團隊指導我進行實踐操作，比如熟練使用3D 打印機、激光切割機等先進設備，并掌握了實驗方法，多次開展水下實驗，進行反復測試和改進。此外，我還學習了如何撰寫科研日志、科研論文、成果匯報文件等圖文內容，提升了總結的能力。

收獲滿滿的一年

通過英才計劃1 年的培養，我收獲滿滿，實現了一直以來的科研夢想。在科研過程中，將物理學知識應用到科研實踐，創新性地探究了利用魚鰭在流體動力學上減阻和推進的優勢，以及不同魚鰭形狀對于游泳效率的影響，并將研究拓展到工程應用上，在物理和工程的跨學科研究方面收獲頗豐。在克服了很多困難后，我成功地應用了本課題最關鍵的技術FLOW-3D 流體數值研究，用仿真模擬和實物驗證相結合的方法達成研究目標并驗證了本課題的假設。最后，我收獲和儲備了大量的科研知識和技能，為未來的專業發展打下了堅實基礎，同時，我大膽設想、自我學習、發現問題和解決問題的能力得到了提升，比如在解決復雜工程問題時，我學會了利用現有的計算機設備條件實現柔性材料的高難度仿真模擬。

最后，感謝同濟大學徐軍教授團隊，感謝英才計劃辦公室的老師；感謝我的母校上海星河灣雙語學校給予的大力支持；感謝我的父母給予的無限關愛和鼓勵！感謝英才計劃的培養，希望有更多的學生在這里學習本領、實現夢想，一起用科技改變世界。

李翰璘

2023 級中學生英才計劃物理學科學生

就讀于上海星河灣雙語學校，師從同濟大學徐軍教授。培養期間完成課題“基于海龜四足結構與魚鰭動力學的高效水下機器人開發”。