始終保持孩童般的想象力和好奇心，并非易事。
不論是童年時(shí)，在鴿子、百靈鳥(niǎo)、狗甚至蛇等各色寵物的包圍圈里，廢寢忘食地閱讀《少年科學(xué)畫(huà)報(bào)》上連載的科幻故事，還是許多年后迷上“仿生學(xué)”，步步為營(yíng)把科幻中的設(shè)定變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)——范智勇一直都有種充滿“孩子氣”的理想主義和探索精神。
2010年，范智勇成為香港科技大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系教授，更加廣闊的探索空間在他眼前展開(kāi)。他把目光再次聚焦在從小就熱愛(ài)的大自然中。
螢火蟲(chóng)是如何發(fā)光的？蜻蜓的翅膀有什么秘密？章魚(yú)眼睛的結(jié)構(gòu)是什么樣的？
“就像小孩子打開(kāi)了糖果盒一樣，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)值得探索、非常豐富的世界。”范智勇說(shuō)。
作為一名納米材料科學(xué)家，范智勇的實(shí)驗(yàn)室不只停留在高校辦公樓里，公園里、河岸邊、草叢中……鳥(niǎo)飛蟲(chóng)鳴、蛇行魚(yú)躍，都吸引他駐足觀察，那充滿好奇的眼睛仿佛初識(shí)萬(wàn)物。
“仿生”，成為范智勇研究科學(xué)世界再也繞不開(kāi)的關(guān)鍵詞。
道法自然，打造“超級(jí)人眼”
在自然界生物體的各種結(jié)構(gòu)中，范智勇最癡迷的是“眼睛”。
這源于他自己的經(jīng)歷。小學(xué)一年級(jí)時(shí)，范智勇的眼睛就有200度近視，加之整個(gè)讀書(shū)階段用眼較多，大學(xué)時(shí)他的近視度數(shù)飆升至近1000度，給學(xué)習(xí)、生活帶來(lái)了極大不便。為此，父母和他想了各種各樣的辦法。
與近視“搏斗”的過(guò)程中，范智勇成了半個(gè)“眼睛專家”。直到研究生階段，他了解到準(zhǔn)分子激光手術(shù)。手術(shù)后，視力終于得到了基本恢復(fù)。
但范智勇對(duì)眼睛的“執(zhí)念”保留了下來(lái)。
看科幻電影和小說(shuō)時(shí)，他就非常關(guān)注機(jī)器人的“眼睛”。在早些年的電影《機(jī)器人總動(dòng)員》《變形金剛》中，主角們的眼睛往往只是簡(jiǎn)單的成像設(shè)備或者稍微精巧些的“類人眼”。而近年來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步，各種各樣的賽博格（機(jī)械化有機(jī)體）英雄層出不窮，它們的眼睛逐漸打破了機(jī)械和生命的界限，表現(xiàn)出越來(lái)越精妙的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的功能，比如迅速掃描并且分析周邊環(huán)境的視覺(jué)增益能力。
沉浸在迷人科幻世界的同時(shí)，一個(gè)想法在范智勇的腦海中揮之不去：仿生眼除了應(yīng)用于機(jī)器人外，能否幫助盲人重見(jiàn)光明呢？
在此之前，不是沒(méi)有科學(xué)家想過(guò)這一點(diǎn)，但由于研究難度大、手術(shù)費(fèi)用高、商業(yè)選擇有限等問(wèn)題，相關(guān)的研究成果和治療方案常常讓人望而卻步。
范智勇迎難而上。從研究生開(kāi)始，他的研究方向就是光電傳感器，而其中最高級(jí)別的版本，正是類似人眼的仿生光電傳感器件，最精密，難度也最大。
2010年，范智勇在香港科技大學(xué)建立了自己的實(shí)驗(yàn)室，他決定從自然界尋找答案。
“動(dòng)物的眼睛是經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年演化、在與自然環(huán)境的周旋中千錘百煉出的藝術(shù)品。”范智勇做了大量調(diào)查研究：鷹眼的分辨率極高，才能在翱翔高空時(shí)看清地面的獵物；蜻蜓的超微復(fù)眼形成了360度無(wú)死角全面視覺(jué)；螳螂蝦的眼睛不僅能看到紅外光和紫外光，甚至還能看到偏振光……最終，是章魚(yú)的眼睛給了他靈感。
章魚(yú)的眼睛結(jié)構(gòu)與人類極為相似，而且比人類進(jìn)化得更為完善。為了滿足在黑暗深海中捕捉獵物的視覺(jué)需求，章魚(yú)的眼睛遠(yuǎn)比陸地上的人更加犀利，其差異關(guān)鍵在于視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)。
與章魚(yú)的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)相比，人類的剛好是“反過(guò)來(lái)”的，即視神經(jīng)纖維在前，視網(wǎng)膜感光細(xì)胞在后，這不僅造成了視野的盲區(qū)，還增加了眼底出血、視網(wǎng)膜脫落等風(fēng)險(xiǎn)。而章魚(yú)眼睛的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)意味著它們能沒(méi)有任何“障礙”地、更快更全面地看到事物。
或許，仿生章魚(yú)眼睛能超越人眼！這個(gè)念頭讓范智勇激動(dòng)不已。
當(dāng)時(shí)他的一名博士生、如今已經(jīng)是上海交通大學(xué)副教授的顧磊磊，基于納米線陣列組裝出一個(gè)平面圖像傳感器。所謂納米線陣列，就是由無(wú)數(shù)根納米線排成的整齊有序的結(jié)構(gòu)，放大幾萬(wàn)倍看，有點(diǎn)像刷子上一行行一列列的刷毛，可以應(yīng)用于能源、電子器件、生物化學(xué)等諸多領(lǐng)域。
接下來(lái)的發(fā)現(xiàn)更讓他們興奮：眼睛視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞也呈陣列分布，其結(jié)構(gòu)與納米線陣列很像。
范智勇開(kāi)始“天馬行空”地思考：“能否把現(xiàn)有的二維器件轉(zhuǎn)變成三維結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出納米線陣列仿生視網(wǎng)膜，進(jìn)而構(gòu)造出仿生眼？”
在他的設(shè)想里，納米線感光器可直接被連接至視障患者眼球后的神經(jīng)線，將信號(hào)傳送至大腦，這樣的“眼睛”將會(huì)像章魚(yú)眼一樣沒(méi)有視覺(jué)盲點(diǎn)。
原理很簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)則很難。過(guò)去，所有的器件、芯片、工藝都是平面的，但人眼是球形的，視網(wǎng)膜是半球面的，這種結(jié)構(gòu)非常難加工，需要極度精巧的技術(shù)。落實(shí)到具體工作中，是前所未有的挑戰(zhàn)。
“從二維到三維、從三維到球形或半球形都是難以跨越的鴻溝。”范智勇說(shuō)。
真正的跨越源自打破常規(guī)。終于，他們找到了一個(gè)較為完美的解決辦法，將柔軟的金屬鋁沖壓為半球狀，采用一種“陽(yáng)極氧化”技術(shù)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)形狀的多孔氧化鋁納米模板，之后讓納米線“長(zhǎng)”在納米孔道內(nèi)，從而形成高密度、半球狀分布的半導(dǎo)體納米線陣列，用以模仿核心視網(wǎng)膜，之后配以相關(guān)新型材料和技術(shù)，成功制備出球形電化學(xué)仿生眼，而這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)使其具有比人眼更好的分辨率。
2020年5月，該成果發(fā)表于《自然》，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，同行稱其為“過(guò)去幾十年來(lái)仿生眼開(kāi)發(fā)的重要突破”。媒體的用語(yǔ)更加引人注目——“超級(jí)人眼”。
而最讓范智勇感到高興和欣慰的是，他不斷收到來(lái)自全球各地盲人患者的郵件和電話咨詢。
“我們非常希望這項(xiàng)技術(shù)能夠幫助盲人恢復(fù)視覺(jué)、重見(jiàn)光明。”自那時(shí)起，驅(qū)動(dòng)范智勇的已遠(yuǎn)不止最初的好奇，一種責(zé)任感在他心底迅速生長(zhǎng)。
他的研究方向與“仿生”再也分不開(kāi)了。循著“道法自然”的哲學(xué)，范智勇基于多年在納米傳感器件研究方面的積累，設(shè)計(jì)制造出可準(zhǔn)確識(shí)別多種氣味的仿生嗅覺(jué)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了世界領(lǐng)先的高性能化學(xué)傳感器和系統(tǒng)，打破了國(guó)際壟斷。
“或許有一天，我也可以導(dǎo)演一部科幻電影”
仿生是自然與人類世界交融的一座“橋梁”。范智勇沉浸于仿生世界，或許可以從他是個(gè)超級(jí)狂熱的“科幻迷”講起。
小時(shí)候，范智勇最喜歡作家葉永烈所寫(xiě)的科幻故事，后來(lái)又愛(ài)上了《終結(jié)者》《星際迷航》《三體》……“這些故事我能講三天三夜。”
回顧幼年時(shí)，大多數(shù)記憶是混沌的，唯獨(dú)有一幕場(chǎng)景格外清晰：幼兒園的墻上貼了一張海報(bào)，一個(gè)小朋友穿著宇航服，坐在火箭上，背景是星辰大海。范智勇注視著這幅畫(huà)，久久不肯離開(kāi)。那時(shí)的他，連“科幻”二字都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)，卻覺(jué)得身體里好像有個(gè)開(kāi)關(guān)被打開(kāi)了。
再長(zhǎng)大點(diǎn)，范智勇不滿足于想象中的“賽博朋克”，開(kāi)始拆卸收音機(jī)、對(duì)講機(jī)、遙控汽車、航模飛機(jī)……在機(jī)械和電子線路組裝中建構(gòu)想象。
范智勇家樓下有一所中學(xué)，學(xué)校里的航模小組會(huì)定期開(kāi)展活動(dòng)，每次聽(tīng)到馬達(dá)的轟鳴聲，他總會(huì)第一時(shí)間跑下樓，觀看模型飛機(jī)飛行。后來(lái)，他便想自己動(dòng)手制作模型飛機(jī)，父母給他買了很多紙模型。一年級(jí)時(shí)，他把一到五年級(jí)的航模全部做完了。
在拆搭航模的過(guò)程中，范智勇對(duì)其中的電子驅(qū)動(dòng)原件充滿興趣。“我常拉著父母去商店買電子元件，那時(shí)候我還沒(méi)有商店柜臺(tái)高，售貨員很吃驚，不肯賣給我。”后來(lái)，范智勇列出單子，夾雜著漢字與拼音，讓父母幫忙采購(gòu)。再后來(lái)，他與售貨員“混熟”了，就自己去買。
整個(gè)成長(zhǎng)過(guò)程中，父母給了他自由寬松、沒(méi)有“雞娃”的成長(zhǎng)環(huán)境�？级嗌俜�、做多少題都沒(méi)有關(guān)系，興趣始終是他成長(zhǎng)中最大的驅(qū)動(dòng)力。
直到現(xiàn)在，他依然會(huì)“天馬行空地想一些奇怪的東西”：怎樣做反重力引擎、蟲(chóng)洞的形成過(guò)程、如何從一個(gè)空間穿越至另一個(gè)空間……
“或許有一天，我也可以導(dǎo)演一部科幻電影。”范智勇笑道。
后來(lái)，范智勇逐漸意識(shí)到，科幻作品的魅力不僅在于令人眼花繚亂的未來(lái)技術(shù)，更在于樸素的哲學(xué)意義。
范智勇說(shuō)：“科幻激發(fā)了人們的想象力，實(shí)現(xiàn)幻想中的一些科學(xué)技術(shù)也許會(huì)成為一部分人（包括我自己）的執(zhí)念�？茖W(xué)史上有相當(dāng)一部分科技從科幻走向了現(xiàn)實(shí)，這會(huì)對(duì)創(chuàng)作科幻形成正反饋。人類文明就是不斷在幻想和現(xiàn)實(shí)的推動(dòng)下向前邁進(jìn)�；孟胧且环N高級(jí)的思維活動(dòng)，科幻更是一種以科學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)的高級(jí)思維活動(dòng)，是人類與地球上其他物種根本性的區(qū)別。科學(xué)家的使命和任務(wù)是不斷探索揭示大自然奧秘，而我所欣賞的科學(xué)家是有浪漫想象力的科學(xué)家。”
在那些通過(guò)科幻與科技建立懵懂鏈接的瞬間，范智勇養(yǎng)成了凡事“自主探索”的習(xí)慣。多年后的今天，范智勇獲得了“科學(xué)探索獎(jiǎng)”。他一直以來(lái)的行事準(zhǔn)則，仿佛得到了一個(gè)非常具象化的肯定。
他說(shuō)，探索意味著自由生長(zhǎng)。
“自由讓我更加獨(dú)立”
范智勇說(shuō)自己是幸運(yùn)的，父母包容、師長(zhǎng)指導(dǎo)、愛(ài)人支持。10多年的求學(xué)歷程中，自己始終是自由的，因而保有無(wú)疆界的想象和無(wú)拘束的獨(dú)立。
把范智勇帶入材料科學(xué)和納米科學(xué)世界的人，是復(fù)旦大學(xué)前校長(zhǎng)、我國(guó)真空科學(xué)的開(kāi)拓者之一、著名納米科學(xué)家華中一。1998年，范智勇以筆試第一名的成績(jī)進(jìn)入復(fù)旦大學(xué)材料系，成為華中一和陳國(guó)榮教授門下的一名研究生。
“陳老師屬于點(diǎn)子非常多的人，在選題和實(shí)踐中，給了我很大的自由度。”讀研究生的3年間，范智勇在導(dǎo)師支持下，自主開(kāi)發(fā)了掃描隧道顯微鏡、真空薄膜沉積厚度監(jiān)控儀、光譜儀，還申請(qǐng)了多個(gè)專利。他畢業(yè)多年后，這幾臺(tái)儀器仍在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)揮著作用。
在復(fù)旦大學(xué)的歲月，范智勇越發(fā)對(duì)納米科技充滿熱情。跟好友們談起未來(lái)發(fā)展時(shí)，他總是堅(jiān)定地說(shuō)：“我將來(lái)一定要去研究納米科學(xué)！”
碩士研究生畢業(yè)后，范智勇輾轉(zhuǎn)加入美國(guó)加州大學(xué)歐文分校材料和生物系教授盧嘉團(tuán)隊(duì)攻讀博士學(xué)位。盧嘉家學(xué)深厚，其祖父為中科院院士、核物理學(xué)家盧鶴紱。
當(dāng)時(shí)，盧嘉在加州大學(xué)歐文分校的課題組正處在初創(chuàng)階段，盧嘉和范智勇白手起家，從實(shí)驗(yàn)室墻壁刷漆、設(shè)備搭建，到材料生長(zhǎng)，逐漸建立了一個(gè)在納米科技領(lǐng)域頗有影響力的團(tuán)隊(duì)。
相比師生關(guān)系，兩人反倒更像共同創(chuàng)業(yè)的“合伙人”。盧嘉給了范智勇自由生長(zhǎng)的空間。
完全以興趣為驅(qū)動(dòng)，范智勇廣泛了解國(guó)際前沿，以氧化物這種多功能材料作為起點(diǎn)，在納米材料和器件方面做出了許多重要工作，比如在國(guó)際上首次開(kāi)展氧化鋅納米線三極管研究。
那是一段快樂(lè)的時(shí)光，盧嘉常帶著范智勇參與學(xué)術(shù)交流，與教授們一起吃飯、談笑風(fēng)生。
“他們非常專注，盡管是在吃飯，但討論科學(xué)時(shí)特別認(rèn)真，說(shuō)起未來(lái)能做什么，感覺(jué)眼睛里都在發(fā)光，像是他們的信仰一樣。”范智勇第一次感受到原來(lái)頂尖科學(xué)家是這樣的。
說(shuō)起某種材料時(shí)，科學(xué)家有時(shí)會(huì)將它們類比成香蕉、洋蔥。“翻譯成中文會(huì)覺(jué)得幼稚，但講出來(lái)就覺(jué)得很好笑。那時(shí)候我意識(shí)到科學(xué)也有好玩的一面，教授也不都是古板、學(xué)究式的，當(dāng)教授是一個(gè)有趣的事情。”
這些看似不起眼的瞬間串聯(lián)在一起，堅(jiān)定了范智勇走學(xué)術(shù)道路的決心。
2006年博士畢業(yè)后，范智勇加入了加州大學(xué)伯克利分校教授Ali Javey課題組，開(kāi)始探索納米材料的集成和大規(guī)模器件應(yīng)用，這依然是一個(gè)新成立的團(tuán)隊(duì)。
兩次參與初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)歷，讓范智勇得到了很好的鍛煉。“所以我獨(dú)立工作的能力是杠杠的。”范智勇笑著說(shuō)。
在國(guó)外的那些年，他首創(chuàng)的納米線印刷方法，至今還被許多國(guó)內(nèi)外研究人員使用。2009年他在《自然—材料》上首次報(bào)道了基于三維納米線的柔性太陽(yáng)能電池，成果造就了硅谷一家初創(chuàng)企業(yè)。
“我很努力也很隨性”
“您就沒(méi)有不快樂(lè)的時(shí)候嗎？”范智勇的講述，總是自然而然流露出一份愉悅感，讓人不禁想要這樣問(wèn)他。
“我還是比較注重勞逸結(jié)合的，不喜歡把自己搞得非常累，那樣大腦就失去活力了。”范智勇說(shuō)，自己不僅是個(gè)工作努力的人，也是個(gè)比較隨性的人。
遇到喜歡的課題，范智勇可以沒(méi)日沒(méi)夜地投入。沒(méi)有緊急任務(wù)時(shí)，他比較“閑散”，追一追歷史劇、科幻劇、幽默劇等。
不過(guò)，多數(shù)時(shí)候他最喜歡的還是古典音樂(lè)，壓力大時(shí)會(huì)彈彈鋼琴，比如《夢(mèng)中的婚禮》《愛(ài)的紀(jì)念》《秋日的私語(yǔ)》等。音樂(lè)給了他內(nèi)心最深的平靜。
今年8月，范智勇參加“科學(xué)探索獎(jiǎng)”終審答辯時(shí)有些緊張，恰好當(dāng)時(shí)所住酒店大堂角落處有一架鋼琴。答辯前一天夜晚，等“酒吧”關(guān)了燈，范智勇走過(guò)去，緩緩坐下、掀開(kāi)琴蓋，一個(gè)個(gè)音符隨他指尖跳動(dòng)。隨著旋律流淌，人也漸漸松弛下來(lái)。
踢足球也是他緩解壓力的方式，在香港科技大學(xué)有一支足球隊(duì)，范智勇每周踢兩次，一次與同事踢，一次與學(xué)生踢。他認(rèn)為足球也是一門藝術(shù)，也像一道好菜，每每攻入驚世駭俗的進(jìn)球都可以回味好幾天。
他也不太容易被焦慮感染。很多人把“生化環(huán)材”稱作“四大天坑”，范智勇則不以為然。
“如果你熱愛(ài)生活，有一顆好奇心，就不會(huì)覺(jué)得這是個(gè)‘坑’，它們與生活息息相關(guān)，卻又充滿著太多的未知。”
有一次，范智勇出差在飛機(jī)上正準(zhǔn)備著邀請(qǐng)報(bào)告，鄰座一位華南理工大學(xué)的學(xué)生看到是關(guān)于材料學(xué)科的內(nèi)容，便主動(dòng)搭話，一番閑聊后他問(wèn)道：“老師，高分子化學(xué)將來(lái)出路怎么樣？會(huì)不會(huì)不好就業(yè)？”
范智勇放下手中的報(bào)告，重復(fù)著他常說(shuō)的話：國(guó)家面臨著多種技術(shù)被“卡脖子”的困境。在芯片的關(guān)鍵技術(shù)光刻膠中，高分子化學(xué)能發(fā)揮重要作用。“你如果能把光刻膠的問(wèn)題解決，就是一名英雄了。”他對(duì)這名學(xué)生說(shuō)。
范智勇沒(méi)有過(guò)多時(shí)間去糾結(jié)那些“坑”不“坑”的問(wèn)題，這個(gè)領(lǐng)域里有太多迷人的挑戰(zhàn)，不斷挑動(dòng)著他的心弦。
仿生如何真正幫助盲人恢復(fù)視覺(jué)、大腦如何理解光電信號(hào)、鈣鈦礦材料穩(wěn)定性如何解決、納米材料科學(xué)如何更好服務(wù)國(guó)家和社會(huì)等……
同時(shí)，作為“自由探索”的受益者，范智勇更關(guān)心的是，如何借助大灣區(qū)優(yōu)勢(shì)，形成一種機(jī)制，鼓勵(lì)支持青年科學(xué)家開(kāi)展原創(chuàng)性、挑戰(zhàn)性和風(fēng)險(xiǎn)較高的研究，他呼吁加強(qiáng)粵港合作，促進(jìn)創(chuàng)新要素的自由流動(dòng)。
2018年，范智勇在廣東省創(chuàng)辦了產(chǎn)業(yè)化高性能仿生氣體傳感器企業(yè)，目標(biāo)是解決高性能傳感器的國(guó)產(chǎn)替代問(wèn)題，并培育出世界領(lǐng)先的傳感器企業(yè)。
“我們面對(duì)的這個(gè)時(shí)代，做跟隨者已經(jīng)沒(méi)有出路，是時(shí)候考慮做引領(lǐng)者了。這意味著我們要進(jìn)入真正的‘無(wú)人區(qū)’，最大程度激發(fā)青年人的創(chuàng)造力。”說(shuō)這話時(shí)，范智勇的眼睛里，同時(shí)有孩童般的熱情和開(kāi)拓者的堅(jiān)毅�！�