孙立宁：创新不止，无“微”不至

阎正·余省

他是一名发明家，近30年来一直醉心于微纳机器人的前沿研究和技术探索，并取得了众多成果。

他是推动者，突破了多项关键技术和系列化智能制造装备的RD和产业化，为我国工业机器人的发展进步保驾护航。

他是国内较早开展医疗机器人研究的领军人物，研发的腹腔镜手术机器人代表了国内手术机器人的最高水平。

他是一个探索者，以机器人技术为核心，跨学科融合，不断拓展微纳机器人的边界和未来。

哈尔滨工业大学机器人研究所教授，机器人与系统国家重点实验室副主任。孙立宁，苏州大学特聘教授，机电工程学院院长，博士生导师。

纳米机器人是孙立宁生活中的关键词。奉献30年，他带领团队，不断用新思想、新技术、新工艺、新材料赋能微纳机器人，并将其与微纳制造、生命科学、生活服务，以及更多行业紧密连接。

微尺度，大能量

随着微纳技术与机器人的融合发展，微纳机器人逐渐进入人们的视野，成为共融机器人的一员。

那么，微纳机器人到底是什么？

根据孙立宁的说法，微纳机器人是指具有微纳尺寸的功能器件，可以在微纳空之间运行，也指可以处理微纳尺寸部件的机器人。它最大的特点是运算规模小，小到毫米、微米、纳米尺度的零件都可以轻松控制。

微型机器人体积虽小，但功能却很强大。它以其在微纳尺度上优异的灵活性和适应性，被广泛应用于生物医学、微纳制造和军事领域。

从上世纪80年代开始，由来自日本的国际机器人权威专家、被誉为“微纳机器人之父”的福田赳夫提出。微纳机器人一直是机器人领域的前沿方向，吸引了国内外一批优秀的研究人员投身其中。

1990年，在哈尔滨工业大学攻读博士学位的在导师蔡院士的指导下，通过一种“压电陶瓷”开始了他的微型机器人技术研究，成为中国最早的科技人员之一。

经过5年的不懈努力，他带领团队研发出高性能压电陶瓷驱动电源、全数字控制器和纳米级微驱动系统。这些成果广泛应用于微位移输出装置、力产生装置、机器人、光学扫描等领域。同时，他还开发了多种纳米级微驱动机器人，如6自由度并联微驱动机器人、6自由度纳米级宏/微操作并联机器人、2自由度大型微驱动机器人等。基于这一方向，他承担并完成了多项国家级项目，并分别于1996年和1998年获得航天工业总公司科技进步二等奖。

自1996年以来，孙立宁以微驱动机器人为基础，在MEMS组装与封装、生物工程、光纤操作等领域开展了微操作机器人的研究，并分别建立了微操作机器人系统。成果被评价为“达到国内领先、国际先进水平”。同时，他研制的8台微操作机器人得到推广应用，其中“申光ⅲ”目标支撑和传感器支撑机器人已应用于国家重大科学工程；激光陀螺精密调腔机器人，应用于国防军工生产，包括型号研制、生产和科研，填补了国内空的空白，2007年获国家科技发明二等奖。

值得一提的是，孙立宁不仅带领团队顺应当下需求，还密切关注国际科研发展趋势，提前布局研究方向。医用机器人是一次成功的探索。

世界上第一台手术机器人出现于1983年，并于1985年首次使用。然而，进入21世纪以来，医用机器人已经广泛应用于临床，并且随着相关技术的快速发展，其研究和应用呈现出日益火热的趋势。早在20世纪90年代中期，孙立宁就敏锐地意识到医疗机器人的广阔前景。

新世纪初，手术机器人领域的研究在国际上刚刚兴起，国内基本上空白。孙立宁果断抓住这一机遇，集结国内高素质的医疗团队和工程团队，在国家科技部的支持下，在国内率先开展了“机器人辅助骨科手术系统”的研究。该研究突破了图像导航、主从操作、力和位置控制等多项关键技术，实现了当时国内最完整的全数字化骨科手术机器人系统。此后，基于这一项目，他们相继研发出“椎间盘置换手术机器人”、“微创脊柱手术机器人”等多种骨科手术机器人。

经过10年的技术沉淀，孙立宁带领团队开始研究更复杂的腹腔镜微创手术机器人系统。团队先后承担了多项国家级腹腔镜微创手术机器人项目，攻克了多自由度手术机械手、主机械手、微型手术器械、主从实时直观操作等多项核心关键技术。

瞄准国际科技前沿，创新不止。2008年，孙立宁带领团队针对微纳机器人、纳米药物基础理论和国际前沿技术，提出了微纳机器人和微纳机器人相结合的多尺度微纳机器人创新架构。实现了纳米器件的三维制造，为主动靶向纳米机器人的研究提供了平台支持。目前，这一研究仍处于不断创新和突破的过程中。

微观世界，大扩张

理论和科研成果不应束之高阁，而应转化为现实生产力，为实际生产生活服务，促进社会经济发展。这一思想贯穿在孙立宁的科研工作中。

为推动其在微纳领域系列成果的科技转化和产业化，孙立宁带领团队组建了微纳机器人及系统集成研究平台、高性能工业机器人及机电一体化装备研究平台、医用微创手术机器人集成研究平台，推进产学研协同发展模式，整合资源，鼓励团队创新创业。最终实现了这三个方面的产业化推广和示范应用。

●微纳技术和设备产业化

经过多年深耕，孙立宁团队攻关的纳米微驱动技术大部分已经产业化，相关产品也已经推广应用，替代进口产品，得到了用户的广泛认可。

例如，他们开发了8个微操作机器人，并推广了它们的应用。研制的申光ⅲ目标支撑和传感器支撑机器人应用于国家重大科学项目“申光ⅲ原型装置”。研制的激光陀螺精密调腔机器人应用于国防和军工生产。面向MEMS制造领域，研制的6台微操作机器人已应用于型号研制、生产和科研，并通过技术鉴定，填补了国内空空白，取得了良好的经济效益和社会效益，在激光约束聚变、惯性器件制造、MEMS制造、生物医学、光学精密工程、集成电路封装测试、超精密加工等领域展现出广阔的应用前景。

这些成果不仅为提升我国精密/超精密作业机器人和机电一体化装备的自主创新能力和RD水平发挥了重要作用，也为国家重大科学工程提供了技术和装备支撑，有效提升了相关产业的作业精度、产品质量和生产效率。

目前，相关产业化成果已累计产生经济效益2.5亿元。

●微创手术机器人示范应用

2019年1月，在福建福州成功实施专项行动。一位医生在手术端遥控手术机器人，在50公里外的一家医院为实验动物做肝切除手术。

这是全球首个基于5G网络的远程动物手术，使用的手术机器人是孙立宁团队研发的腹腔镜手术机器人。

在孙立宁的带领下，这套从2008年开始研究的手术机器人系统，在设计思路、人机协同控制算法、机械臂结构等方面实现了突破，并于2013年通过了科技部的项目验收。这种遥操作的实现是团队近年来努力推动其产业化的结果。

值得一提的是，其中一款腹腔镜手术机器人产品通过了2019年国家创新医疗器械专项审查，向产业化迈进了一大步。

除腹腔镜手术机器人外，其研发的微创手术机器人，基于生物信息控制的智能假肢、助行和康复训练机器人、肠道诊疗机器人等医疗机器人系统，以及各类教育和家政服务机器人等实现了应用示范，产生了显著的社会效益，促进了相关医疗领域一系列高新技术应用的研发。

此外，他们还建立了机器人辅助手术系统、沉浸式手术仿真系统、基于增强现实的图像导航系统、康复护理服务机器人系统等多个原型。应用于动物实验或临床。

道路还在延伸，孙立宁深感自己仍在潜心带领团队攻关，不断拓展微纳机器人的新边界。

比如在纳米机器人领域，他们正在探索这一多学科的前沿热点，提出了多尺度微纳机器人的创新架构，将纳米机器人和微纳机器人结合起来，形成一个任务协调、功能集成的整体。构建了具有测试和操控功能的微纳机器人，实现了跨尺度生物分子/细胞的精确操控、多维生物信息检测和多特征参数提取，为主动靶向纳米游泳机器人的设计制备优化、运动控制和精确靶向给药提供了方法和平台支持。相关论文发表在多个领域的国际顶级期刊上，并获得高度评价。许多成果以封面论文的形式发表在顶级期刊上，并被专门撰写和介绍，并在网站上突出显示。

这些成果不仅拓宽了机器人技术在微纳米尺度的应用边界，也为现代纳米医学提供了关键的理论和技术支撑，提升了我国在生物医学和治疗领域的自主创新能力，加快了我国靶向药物的研发进程。

微时代，大未来

30年来，孙立宁带领团队专注于微纳机器人的研发。围绕机器人结构、驱动与控制、运行机理与方法、系统集成、高性能工业机器人机电一体化装备研究、医用微创手术机器人前沿探索与集成等基础理论和关键技术的突破，在微纳领域践行了一条从理论到应用再到产业化的生态发展之路。

一路走来，有很多挑战，也不顺利，但所有的努力最终都得到了肯定。多年来，孙立宁主持973、863、国家自然科学基金、国防基金等项目20余项，带领团队获得国家、省、部级奖励10余项，其中国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖等，获得了行业内外的高度认可。

现在微纳机器人的发展日新月异。它在生物医学领域具有最广泛的应用前景，如靶向给药和释放、疾病诊断和治疗等。在军事上也有重要作用；在纳米加工、高端制造、环境监测等方面的应用不容小觑。随着人工智能、云计算、5G等新技术的不断赋能。，其产品迭代将加速，未知的应用领域将被挖掘，新的研究方向将不断形成。

微电子学、微光学、微力学...在这个对精度和精确度要求越来越高的时代，微纳机器人有着无法定义和限制的未来。目前，中国、日本、美国、欧洲等世界主要国家和地区都非常重视微纳机器人的发展，并努力使之成为机器人产业发展的新突破。孙立宁认为还有很长的路要走。

继续走，继续创新。孙立宁正带领他的团队抓住微时代的发展机遇，为神奇的微纳机器人创造更多奇迹。

简介

孙立宁，哈尔滨工业大学机器人研究所教授，机器人及系统国家重点实验室副主任；苏州大学特聘教授，机电工程学院院长，博士生导师。长期从事微纳机器人前沿研究，主持973、863、国家自然科学基金、国防基金等项目20余项。在机器人机构学、驱动与控制、运行机理与方法、系统集成等方面取得了重要成果。，已成功应用于申光协议III、微纳制造、生命科学、国防等重大项目。

先后获得国家杰出青年学者、长江学者特聘教授、万人计划领军人才等称号，曾任中国微纳学会微纳机器人分会理事长、中国医疗器械行业协会医用机器人分会理事长、中国机电一体化技术应用协会副会长、中国自动化学会机器人专业委员会副主任、国家863计划微纳制造领域专家、MEMS重大项目总体组组长。获国家技术发明/科技进步二等奖2项，省部级奖励8项，发表论文300余篇，发明专利80项，专著5部。建立了具有国际竞争力的机器人团队，为机器人相关学科的建立和发展做出了突出贡献。