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   始终保持孩童般的想象力和好奇心，并非易事。

   不论是童年时，在鸽子、百灵鸟、狗甚至蛇等各色宠物的包围圈里，废寝忘食地阅读《少年科学画报》上连载的科幻故事，还是许多年后迷上“仿生学”，步步为营把科幻中的设定变为现实——范智勇一直都有种充满“孩子气”的理想主义和探索精神。

   2010年，范智勇成为香港科技大学电子与计算机工程系教授，更加广阔的探索空间在他眼前展开。他把目光再次聚焦在从小就热爱的大自然中。

   萤火虫是如何发光的？蜻蜓的翅膀有什么秘密？章鱼眼睛的结构是什么样的？

   “就像小孩子打开了糖果盒一样，我发现了一个值得探索、非常丰富的世界。”范智勇说。

   作为一名纳米材料科学家，范智勇的实验室不只停留在高校办公楼里，公园里、河岸边、草丛中……鸟飞虫鸣、蛇行鱼跃，都吸引他驻足观察，那充满好奇的眼睛仿佛初识万物。

   “仿生”，成为范智勇研究科学世界再也绕不开的关键词。

 

道法自然，打造“超级人眼”

 

   在自然界生物体的各种结构中，范智勇最痴迷的是“眼睛”。

   这源于他自己的经历。小学一年级时，范智勇的眼睛就有200度近视，加之整个读书阶段用眼较多，大学时他的近视度数飙升至近1000度，给学习、生活带来了极大不便。为此，父母和他想了各种各样的办法。

   与近视“搏斗”的过程中，范智勇成了半个“眼睛专家”。直到研究生阶段，他了解到准分子激光手术。手术后，视力终于得到了基本恢复。

   但范智勇对眼睛的“执念”保留了下来。

   看科幻电影和小说时，他就非常关注机器人的“眼睛”。在早些年的电影《机器人总动员》《变形金刚》中，主角们的眼睛往往只是简单的成像设备或者稍微精巧些的“类人眼”。而近年来随着技术进步，各种各样的赛博格（机械化有机体）英雄层出不穷，它们的眼睛逐渐打破了机械和生命的界限，表现出越来越精妙的结构和强大的功能，比如迅速扫描并且分析周边环境的视觉增益能力。

   沉浸在迷人科幻世界的同时，一个想法在范智勇的脑海中挥之不去：仿生眼除了应用于机器人外，能否帮助盲人重见光明呢？

   在此之前，不是没有科学家想过这一点，但由于研究难度大、手术费用高、商业选择有限等问题，相关的研究成果和治疗方案常常让人望而却步。

   范智勇迎难而上。从研究生开始，他的研究方向就是光电传感器，而其中最高级别的版本，正是类似人眼的仿生光电传感器件，最精密，难度也最大。

   2010年，范智勇在香港科技大学建立了自己的实验室，他决定从自然界寻找答案。

   “动物的眼睛是经过亿万年演化、在与自然环境的周旋中千锤百炼出的艺术品。”范智勇做了大量调查研究：鹰眼的分辨率极高，才能在翱翔高空时看清地面的猎物；蜻蜓的超微复眼形成了360度无死角全面视觉；螳螂虾的眼睛不仅能看到红外光和紫外光，甚至还能看到偏振光……最终，是章鱼的眼睛给了他灵感。

   章鱼的眼睛结构与人类极为相似，而且比人类进化得更为完善。为了满足在黑暗深海中捕捉猎物的视觉需求，章鱼的眼睛远比陆地上的人更加犀利，其差异关键在于视网膜结构。

   与章鱼的视网膜结构相比，人类的刚好是“反过来”的，即视神经纤维在前，视网膜感光细胞在后，这不仅造成了视野的盲区，还增加了眼底出血、视网膜脱落等风险。而章鱼眼睛的视网膜结构意味着它们能没有任何“障碍”地、更快更全面地看到事物。

   或许，仿生章鱼眼睛能超越人眼！这个念头让范智勇激动不已。

   当时他的一名博士生、如今已经是上海交通大学副教授的顾磊磊，基于纳米线阵列组装出一个平面图像传感器。所谓纳米线阵列，就是由无数根纳米线排成的整齐有序的结构，放大几万倍看，有点像刷子上一行行一列列的刷毛，可以应用于能源、电子器件、生物化学等诸多领域。

   接下来的发现更让他们兴奋：眼睛视网膜中的感光细胞也呈阵列分布，其结构与纳米线阵列很像。

   范智勇开始“天马行空”地思考：“能否把现有的二维器件转变成三维结构，开发出纳米线阵列仿生视网膜，进而构造出仿生眼？”

   在他的设想里，纳米线感光器可直接被连接至视障患者眼球后的神经线，将信号传送至大脑，这样的“眼睛”将会像章鱼眼一样没有视觉盲点。

   原理很简单，实现则很难。过去，所有的器件、芯片、工艺都是平面的，但人眼是球形的，视网膜是半球面的，这种结构非常难加工，需要极度精巧的技术。落实到具体工作中，是前所未有的挑战。

   “从二维到三维、从三维到球形或半球形都是难以跨越的鸿沟。”范智勇说。

   真正的跨越源自打破常规。终于，他们找到了一个较为完美的解决办法，将柔软的金属铝冲压为半球状，采用一种“阳极氧化”技术，将其转变为相应形状的多孔氧化铝纳米模板，之后让纳米线“长”在纳米孔道内，从而形成高密度、半球状分布的半导体纳米线阵列，用以模仿核心视网膜，之后配以相关新型材料和技术，成功制备出球形电化学仿生眼，而这种独特的设计使其具有比人眼更好的分辨率。

   2020年5月，该成果发表于《自然》，受到了国内外的广泛关注，同行称其为“过去几十年来仿生眼开发的重要突破”。媒体的用语更加引人注目——“超级人眼”。

   而最让范智勇感到高兴和欣慰的是，他不断收到来自全球各地盲人患者的邮件和电话咨询。

   “我们非常希望这项技术能够帮助盲人恢复视觉、重见光明。”自那时起，驱动范智勇的已远不止最初的好奇，一种责任感在他心底迅速生长。

   他的研究方向与“仿生”再也分不开了。循着“道法自然”的哲学，范智勇基于多年在纳米传感器件研究方面的积累，设计制造出可准确识别多种气味的仿生嗅觉系统，开发了世界领先的高性能化学传感器和系统，打破了国际垄断。

 

“或许有一天，我也可以导演一部科幻电影”

 

   仿生是自然与人类世界交融的一座“桥梁”。范智勇沉浸于仿生世界，或许可以从他是个超级狂热的“科幻迷”讲起。

   小时候，范智勇最喜欢作家叶永烈所写的科幻故事，后来又爱上了《终结者》《星际迷航》《三体》……“这些故事我能讲三天三夜。”

   回顾幼年时，大多数记忆是混沌的，唯独有一幕场景格外清晰：幼儿园的墙上贴了一张海报，一个小朋友穿着宇航服，坐在火箭上，背景是星辰大海。范智勇注视着这幅画，久久不肯离开。那时的他，连“科幻”二字都没有听说过，却觉得身体里好像有个开关被打开了。

   再长大点，范智勇不满足于想象中的“赛博朋克”，开始拆卸收音机、对讲机、遥控汽车、航模飞机……在机械和电子线路组装中建构想象。

   范智勇家楼下有一所中学，学校里的航模小组会定期开展活动，每次听到马达的轰鸣声，他总会第一时间跑下楼，观看模型飞机飞行。后来，他便想自己动手制作模型飞机，父母给他买了很多纸模型。一年级时，他把一到五年级的航模全部做完了。

   在拆搭航模的过程中，范智勇对其中的电子驱动原件充满兴趣。“我常拉着父母去商店买电子元件，那时候我还没有商店柜台高，售货员很吃惊，不肯卖给我。”后来，范智勇列出单子，夹杂着汉字与拼音，让父母帮忙采购。再后来，他与售货员“混熟”了，就自己去买。

   整个成长过程中，父母给了他自由宽松、没有“鸡娃”的成长环境。考多少分、做多少题都没有关系，兴趣始终是他成长中最大的驱动力。

   直到现在，他依然会“天马行空地想一些奇怪的东西”：怎样做反重力引擎、虫洞的形成过程、如何从一个空间穿越至另一个空间……

   “或许有一天，我也可以导演一部科幻电影。”范智勇笑道。

   后来，范智勇逐渐意识到，科幻作品的魅力不仅在于令人眼花缭乱的未来技术，更在于朴素的哲学意义。

   范智勇说：“科幻激发了人们的想象力，实现幻想中的一些科学技术也许会成为一部分人（包括我自己）的执念。科学史上有相当一部分科技从科幻走向了现实，这会对创作科幻形成正反馈。人类文明就是不断在幻想和现实的推动下向前迈进。幻想是一种高级的思维活动，科幻更是一种以科学知识为基础的高级思维活动，是人类与地球上其他物种根本性的区别。科学家的使命和任务是不断探索揭示大自然奥秘，而我所欣赏的科学家是有浪漫想象力的科学家。”

   在那些通过科幻与科技建立懵懂链接的瞬间，范智勇养成了凡事“自主探索”的习惯。多年后的今天，范智勇获得了“科学探索奖”。他一直以来的行事准则，仿佛得到了一个非常具象化的肯定。

   他说，探索意味着自由生长。

 

“自由让我更加独立”

 

   范智勇说自己是幸运的，父母包容、师长指导、爱人支持。10多年的求学历程中，自己始终是自由的，因而保有无疆界的想象和无拘束的独立。

   把范智勇带入材料科学和纳米科学世界的人，是复旦大学前校长、我国真空科学的开拓者之一、著名纳米科学家华中一。1998年，范智勇以笔试第一名的成绩进入复旦大学材料系，成为华中一和陈国荣教授门下的一名研究生。

   “陈老师属于点子非常多的人，在选题和实践中，给了我很大的自由度。”读研究生的3年间，范智勇在导师支持下，自主开发了扫描隧道显微镜、真空薄膜沉积厚度监控仪、光谱仪，还申请了多个专利。他毕业多年后，这几台仪器仍在实验室里发挥着作用。

   在复旦大学的岁月，范智勇越发对纳米科技充满热情。跟好友们谈起未来发展时，他总是坚定地说：“我将来一定要去研究纳米科学！”

   硕士研究生毕业后，范智勇辗转加入美国加州大学欧文分校材料和生物系教授卢嘉团队攻读博士学位。卢嘉家学深厚，其祖父为现金足球网：院士、核物理学家卢鹤绂。

   当时，卢嘉在加州大学欧文分校的课题组正处在初创阶段，卢嘉和范智勇白手起家，从实验室墙壁刷漆、设备搭建，到材料生长，逐渐建立了一个在纳米科技领域颇有影响力的团队。

   相比师生关系，两人反倒更像共同创业的“合伙人”。卢嘉给了范智勇自由生长的空间。

   完全以兴趣为驱动，范智勇广泛了解国际前沿，以氧化物这种多功能材料作为起点，在纳米材料和器件方面做出了许多重要工作，比如在国际上首次开展氧化锌纳米线三极管研究。

   那是一段快乐的时光，卢嘉常带着范智勇参与学术交流，与教授们一起吃饭、谈笑风生。

   “他们非常专注，尽管是在吃饭，但讨论科学时特别认真，说起未来能做什么，感觉眼睛里都在发光，像是他们的信仰一样。”范智勇第一次感受到原来顶尖科学家是这样的。

   说起某种材料时，科学家有时会将它们类比成香蕉、洋葱。“翻译成中文会觉得幼稚，但讲出来就觉得很好笑。那时候我意识到科学也有好玩的一面，教授也不都是古板、学究式的，当教授是一个有趣的事情。”

   这些看似不起眼的瞬间串联在一起，坚定了范智勇走学术道路的决心。

   2006年博士毕业后，范智勇加入了加州大学伯克利分校教授Ali Javey课题组，开始探索纳米材料的集成和大规模器件应用，这依然是一个新成立的团队。

   两次参与初创团队的经历，让范智勇得到了很好的锻炼。“所以我独立工作的能力是杠杠的。”范智勇笑着说。

   在国外的那些年，他首创的纳米线印刷方法，至今还被许多国内外研究人员使用。2009年他在《自然—材料》上首次报道了基于三维纳米线的柔性太阳能电池，成果造就了硅谷一家初创企业。

 

“我很努力也很随性”

 

   “您就没有不快乐的时候吗？”范智勇的讲述，总是自然而然流露出一份愉悦感，让人不禁想要这样问他。

   “我还是比较注重劳逸结合的，不喜欢把自己搞得非常累，那样大脑就失去活力了。”范智勇说，自己不仅是个工作努力的人，也是个比较随性的人。

   遇到喜欢的课题，范智勇可以没日没夜地投入。没有紧急任务时，他比较“闲散”，追一追历史剧、科幻剧、幽默剧等。

   不过，多数时候他最喜欢的还是古典音乐，压力大时会弹弹钢琴，比如《梦中的婚礼》《爱的纪念》《秋日的私语》等。音乐给了他内心最深的平静。

   今年8月，范智勇参加“科学探索奖”终审答辩时有些紧张，恰好当时所住酒店大堂角落处有一架钢琴。答辩前一天夜晚，等“酒吧”关了灯，范智勇走过去，缓缓坐下、掀开琴盖，一个个音符随他指尖跳动。随着旋律流淌，人也渐渐松弛下来。

   踢足球也是他缓解压力的方式，在香港科技大学有一支足球队，范智勇每周踢两次，一次与同事踢，一次与学生踢。他认为足球也是一门艺术，也像一道好菜，每每攻入惊世骇俗的进球都可以回味好几天。

   他也不太容易被焦虑感染。很多人把“生化环材”称作“四大天坑”，范智勇则不以为然。

   “如果你热爱生活，有一颗好奇心，就不会觉得这是个‘坑’，它们与生活息息相关，却又充满着太多的未知。”

   有一次，范智勇出差在飞机上正准备着邀请报告，邻座一位华南理工大学的学生看到是关于材料学科的内容，便主动搭话，一番闲聊后他问道：“老师，高分子化学将来出路怎么样？会不会不好就业？”

   范智勇放下手中的报告，重复着他常说的话：国家面临着多种技术被“卡脖子”的困境。在芯片的关键技术光刻胶中，高分子化学能发挥重要作用。“你如果能把光刻胶的问题解决，就是一名英雄了。”他对这名学生说。

   范智勇没有过多时间去纠结那些“坑”不“坑”的问题，这个领域里有太多迷人的挑战，不断挑动着他的心弦。

   仿生如何真正帮助盲人恢复视觉、大脑如何理解光电信号、钙钛矿材料稳定性如何解决、纳米材料科学如何更好服务国家和社会等……

   同时，作为“自由探索”的受益者，范智勇更关心的是，如何借助大湾区优势，形成一种机制，鼓励支持青年科学家开展原创性、挑战性和风险较高的研究，他呼吁加强粤港合作，促进创新要素的自由流动。

   2018年，范智勇在广东省创办了产业化高性能仿生气体传感器企业，目标是解决高性能传感器的国产替代问题，并培育出世界领先的传感器企业。

   “我们面对的这个时代，做跟随者已经没有出路，是时候考虑做引领者了。这意味着我们要进入真正的‘无人区’，最大程度激发青年人的创造力。”说这话时，范智勇的眼睛里，同时有孩童般的热情和开拓者的坚毅。■

《科学新闻》 (科学新闻2022年12月刊 人物)