当自动化遇上生命科学,会碰撞出怎样的火花?

安徽信息工程学院2019届自动化专业校友王琴,交出了属于自己的答卷。本科毕业于电气与电子工程学院自动化专业,她一路深造,如今是东南大学电子科学与工程学院博士四年级研究生,深耕基于微流控芯片在乳腺癌相关标志物中的检测研究,致力于把工科技术转化为力量,为人类的健康事业贡献力量。从“控制电机转速”到“控制芯片转速”,从“工业自动化”到“生命自动化”,她把在母校淬炼的自动化系统思维,迁移到守护生命健康的科研赛道。

本期《信工青年说》,让我们一起走近校友王琴,读懂一位应用型本科学子跨越学科边界的逐梦故事。


根植母校沃土:埋下系统思维的种子

少年时代对机器人的痴迷,让王琴选择了自动化专业。在校期间,她沉浸在PLC编程、电机控制、传感器原理的世界里,以为自己的未来会是与机械臂、生产线打交道。她从未想过,有一天这些“工业语言”会用来解读生命的密码。

在四年的专业学习中,她收获的不只是公式与代码,更重要的是一套分析事物的思维方式。“自动化不只是‘让机器动起来’,更是一种通用的方法论。面对任何动态系统,你都可以拆解它、建模它、控制它。”这份系统思维,贯穿了她之后的求学之路。


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本科毕业设计,成为她科研能力的一次实战预演。当时她的毕设是关于利用PLC程序实现多物料分配机械手的控制系统设计。调试阶段难题接踵而至,机械手总是卡在“抓取”动作上:气爪要么松得太快导致物料掉落,要么夹得太紧触发过载报警。王琴盯着梯形图一行行检查逻辑,反复更换定时器参数,依旧找不到症结。她对着闪烁的PLC指示灯,脑子里反复过着程序的每一行。

找不到问题,她开始“疯狂”查资料,找知网的论文、技术论坛的帖子,甚至重新啃读大二《可编程控制器》课本的相关章节,才慢慢意识到,问题并非出在逻辑,而是容易被忽略的气动时序延迟。

带着思考,她找到指导老师张松林寻求帮助。老师没有直接给出解决方案,而是引导她梳理从PLC发出指令到气爪实际闭合的全部环节,让她看见电磁阀、气管充气、气缸动作,每一步都存在客观时间损耗。找到问题根源后,王琴重新设计了控制流程,再次上电调试,机械手稳稳地抓起物料,准确地放到指定位置,那一刻的喜悦,她久久难忘。

答辩时张松林老师的一句点评深深烙印在她心里:“这个学生最大的优点,是遇到问题不绕着走,能沉下心来找原因。”正是这次毕设的经历,在她心里悄悄种下了一颗种子:技术的问题,终究要用技术的方法解决;而解决问题的过程,本身就是最好的学习。“先承认自己不知道,然后去查、去问、去试,在反复迭代中逼近那个正确的解。”


跨界逐梦前行:从工业控制奔赴生命科学赛道

大四的一次图书馆阅读,为她推开了一扇全新的大门。她读了一篇《科学美国人》上的文章,介绍“芯片实验室”技术:在一块几平方厘米的塑料片上,可以完成传统实验室需要一整间屋子才能完成的检测。驱动液体流动、混合、分离的,正是《自动控制原理》课程中学过的离心力。那一刻,一个大胆的想法在心中萌发:自动化的思维,同样可以应用在生命检测领域。

当时身边不少同学进入企业工作拿高薪,王琴却选择跨界,从零开始补修生物、化学等知识,踏入生物医学工程的全新领域。

进入研究生阶段开展实验,新的难题再次出现:芯片上的液体总是不按预想的方向流动,要么流速太慢导致反应不充分,要么流速太快冲走捕获抗体。在导师判定这属于流体力学问题时,王琴依旧带着自动化专业的视角去审视课题。“这是控制问题。”

她翻出本科的《自动控制原理》课本,把微通道里的液体想象成管道里的水流,把离心力想象成水泵,把流速控制想象成PID调节。依托本科积累的扎实专业功底,她设计的“分段变速离心程序”,将芯片的检测重复性从CV值15%降到了5%以内。

科研的道路从不会一帆风顺。刚开始制作自己的第一块微流控芯片,她接连经历六次失败:光刻胶涂布不均、通道变形、芯片里进了气泡,芯片一块块报废。无数次失败叠加在一起,沮丧感不断袭来,她甚至忍不住自我怀疑:一个学自动化的人,为什么要来做生物芯片?

短暂消沉之后,她重拾本科毕设调试机械手时的那股韧劲。逐条记录每一组实验参数、现象与猜想,一篇篇翻阅微流控加工文献,主动向师兄师姐请教。历经十三周不断迭代,她终于在显微镜下看到了完整的微通道结构——线条笔直,边缘光滑,没有气泡,没有变形。那份喜悦,一如当年毕设调试成功机械手的瞬间。


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如今进入博士阶段,她研究的课题进一步聚焦:基于离心式微流控芯片,实现乳腺癌相关标志物的高灵敏度检测。乳腺癌是全球女性发病率最高的癌症,早期发现治愈率可达90%以上,但很多基层医院受设备、条件限制,难以开展相关标志物筛查。她们希望开发一种低成本、便携、易操作的芯片,让更多女性能够便捷完成筛查。未来的目标是实现芯片的“全自动集成”,做到“样本进,结果出”。


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谈及对未来科研的期许,她说道:“如果这个目标能实现,未来的基层医院只需一滴血、一个芯片,就可以在半小时内获得乳腺癌标志物的定量检测结果。我不知道这条路还要走多久,但我知道自己走得踏实。因为那个从安信工带出来的‘自动化思维’,以及这些年练就的‘调试本能’,一直都在。”


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远赴异乡求索:读懂母校给予的精神行囊

科研生活并不只有实验与数据,也会遭遇异乡求学的迷茫与孤独。研一那年秋天,是王琴读书生涯中最低谷的一段日子。全新的环境让她心慌,实验室师兄师姐讨论着她听不懂的专业术语,操作着她从未接触的仪器。

回想起那段难熬的时光,她感慨:“我只能缩在角落里翻说明书,连问问题都不知道从何问起。最难熬的是晚上,等实验室的人都走了,我还在对着失败的实验数据发呆。”

心里积攒了委屈与迷茫,一个夜晚,她拨通了本科室友杜飘飘的电话。电话接通,她一时哽咽,只说出一句“没事,就是想打个电话”。室友没有反复追问困境,只是和她聊起母校食堂三楼的面馆、寝室打掼蛋的旧日点滴,留下一句朴实的安慰:“有啥事就说,我一直都在。”

电话里朴素的宽慰,慢慢消解了她内心的焦虑。在王琴心中,校友二字,并不只是共享一张毕业证的校名,更是一同度过青春岁月的伙伴。他们知道你的来路,所以懂得你的去路;她们见过你青涩的样子,所以从不觉得你的脆弱丢人。“母校给我的另一种财富——不只是知识和能力,还有一群可以随时打电话的人。这份财富,比任何学位都珍贵。”

这份珍贵的同窗情谊,也是母校留给她的宝贵财富。除了来自朋友的精神支持,四年的本科学习,也为她备好了一套可以随时取用的能力“工具箱”:系统分析的思维、不怕试错的韧性。正是所学的知识、养成的思维,还有这份人与人之间的温情,支撑着她在陌生的科研领域一步步往前走。


回望来路成长:寄语学弟学妹遥念母校情深

回望一路的成长,走过跨界科研的重重关卡,王琴也想把自己的感悟分享给在校的学弟学妹。“你们今天的每一堂课、每一次实验、每一次失败,都是在为未来的自己铺路。终有一天,当下的积累会成为你突破困境的底气。”


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在她看来,人生没有白走的路,每一步都算数。一名自动化专业的工科生,也可以走向原本遥不可及的生命科学研究领域。那些熬过的夜、翻过的书、请教过的老师和同学,总会在人生某个转角,化为前行的力量。

阔别母校多年,王琴说:“离开越久,想念越深。”感谢安徽信息工程学院,感谢电气与电子工程学院每一位老师。母校教会她,自动控制不只是传递函数和PID,更是一套拆解、理解、驾驭复杂系统的思维。这门功课,她从本科延续到博士阶段,还将继续践行下去。她祝愿母校桃李芬芳,也期待更多学弟学妹从这里出发,奔赴属于自己的远方。无论走到哪里,她都骄傲地说:我来自安徽信息工程学院!

王琴的求学经历,是学校应用型本科育人成果的一个生动缩影。从安信工新芜校区的PLC实训台,到东南大学的微流控实验室,她将本科阶段练就的解决问题的能力,投入到守护大众健康的科研事业。我们期待她在科研道路上继续钻研,推动实验室的研究构想落地,真正惠及更多的人。

像王琴一样,不少从安信工走出的学子,带着在校积累的能力,在不同岗位踏踏实实地深耕。王琴的经历也告诉在校的信工学子:专业不会限定人生的边界,把课堂、实训中练就的解决问题的本领握在手里,敢于面对试错,便能拓展人生的更多可能。期待更多同学立足当下,沉淀本领,走好属于自己的成长之路。