干思思

讓我們假設(shè)這樣一種情景：在如同迷宮一般的巷子中，一個機器人正在其中穿梭。它的目標(biāo)是尋找躲藏在這片區(qū)域中的犯罪嫌疑人，但是面前的一道隔墻擋住了它的去路。就在大家以為它無計可施的時候，另一個機器人卻突然騰空飛起，越過了隔墻，然后繼續(xù)落回地面搜索著嫌疑人可能會藏身的角落。

這并不是只有漫威電影里鋼鐵俠出場才會出現(xiàn)的情景，近年來，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研究員何玉慶致力于集空中與陸地功能于一體的跨域機器人研究?！跋啾葐畏N類機器人，這種跨域協(xié)同的空地機器人能夠克服本體方面上的能力限制，完成更多場景下的任務(wù)?！焙斡駪c介紹道。而這也代表著何玉慶在機器人研發(fā)的道路上進入了一個新的階段，在這之前，他已經(jīng)走了20多年，經(jīng)歷了對陸地、水面、水下及空中等多個領(lǐng)域的機器人的研發(fā)歷程。

誤入藕花深處

22年前，何玉慶剛剛進入東北大學(xué)秦皇島分校自動化專業(yè)。有一天下午他在圖書館無意中翻看到關(guān)于中國機器人之父蔣新松的書，書中關(guān)于我國機器人發(fā)展的歷程以及蔣院士對機器人的研發(fā)理念讓他印象深刻。就是這樣一個普通而安靜的下午，悄悄奠定了何玉慶未來的研究道路。在那之后，何玉慶開始關(guān)注蔣院士生前所在的沈陽自動化研究所，關(guān)注機器人的研究方向。2002年，本科畢業(yè)的他如愿進入了沈陽自動化研究所攻讀碩士和博士學(xué)位，跟隨老師深入學(xué)習(xí)機器人方面的理論與技術(shù)知識。

2007年，尚處于博士階段的何玉慶跟隨自動化所團隊參與了南極科考機器人的裝備研制項目?！爱?dāng)時科考團隊十月份就要搭乘科考船出發(fā)，因此，我們必須在這之前將機器人裝備研制完成并調(diào)試好?！钡珯C器人的研制是一個相當(dāng)復(fù)雜煩瑣的過程，團隊不同分工的成員需要一起合作，將所有的部件組裝成一個整體，并且還要進行從軟件到硬件的調(diào)試，工作量非常巨大。在緊張的趕制過程中，何玉慶真正體會到了如何將理論技術(shù)轉(zhuǎn)變成真正的實用機器人，而這也是他第一次深入接觸機器人研制。

那時的何玉慶盡可能地利用所有資源加深自己對機器人領(lǐng)域的認(rèn)識。當(dāng)時中國科學(xué)院有一個開放實驗室，供從各個方向進行機器人研究的科研工作者開展實驗。“地面機器人、飛行機器人、水面機器人以及各種仿生機器人等都在里面?！焙斡駪c經(jīng)常在實驗室里一待就是一天，在這期間他對不同種類機器人的特點都有了一定的了解。慢慢地，他咂摸出一些門道?！安煌臋C器人在能力上都有自己不同的局限。”據(jù)何玉慶說，他后來在跨域機器人領(lǐng)域所做的各種工作，經(jīng)驗應(yīng)始于那間開放實驗室。

2010年，何玉慶到中國科學(xué)院沈陽自動化研究所擔(dān)任副研究員。當(dāng)時沈陽自動化研究所認(rèn)為無論是機器人的裝備還是相關(guān)技術(shù)，都需要深厚的理論來支撐。而德雷斯頓作為世界頂尖的理工類大學(xué)，在機器人的理論研究方面造詣非常高。因此研究所便派何玉慶前往德雷斯頓大學(xué)進行關(guān)于先進的控制理論在機器人系統(tǒng)中的應(yīng)用等理念的訪問交流?！斑@次經(jīng)歷對后來回國后的科研工作有很大幫助?！?/p>

將人從惡劣環(huán)境中解放出來

“將技術(shù)突破和機器人系統(tǒng)相結(jié)合，最終應(yīng)用在國家發(fā)展的實際需求中。”這是沈陽自動化所的研究理念，也是何玉慶多年來堅持的方向。因此，研制實用性機器人，讓其代替人類進入艱苦或極端環(huán)境中開展工作，甚至將其應(yīng)用于反恐等危險任務(wù)中，是他努力追求的目標(biāo)。

2013年，何玉慶參與了面向城市公共安全事件響應(yīng)機器人化系列的裝備研制的項目，在這個項目中，他負(fù)責(zé)水面機器人的研制，將其應(yīng)用于水面災(zāi)難的救援工作，包括水面的環(huán)境監(jiān)控?！斑@是我第一次在項目中接觸水面機器人?！焙斡駪c說道。而項目的最終成果也得到了消防部門的高度認(rèn)可。

除了水面外，何玉慶及團隊還參加了飛行機器人研制項目。2020年7月，他們和中國科學(xué)院青藏高原研究所合作，將機器人設(shè)備引入到科考工作中。巍峨廣闊的青藏高原一直以來以絕美的風(fēng)景吸引著世人前往，然而供氧不足、溫度低、坎坷甚至遍布積雪的高山等難題也往往容易讓人在前往途中出現(xiàn)各種意外。惡劣的環(huán)境極大地增加了科考人員完成任務(wù)的難度。“我們的機器人最高能夠飛到6500米的高空，對惡劣環(huán)境也有一定的適應(yīng)性。”因此機器人的加入能夠在一定程度上將科考人員從惡劣的環(huán)境中解放出來，同時采集到人力難以獲取到的數(shù)據(jù)，而這對于科研人員分析青藏高原的氣候變化乃至全亞洲的氣候變化具有重要作用。

除了單種類型的機器人，多年來，何玉慶也沒有放棄對跨域機器人的研究工作。2015年，他主持了國家級項目“復(fù)雜環(huán)境中空中-水面子母機器人系統(tǒng)自主行為方法研究”?！翱罩?地面多移動機器人跨域協(xié)作，可通過兩種機器人感知能力和行為能力的有機結(jié)合實現(xiàn)功能互補，大大提升其環(huán)境適應(yīng)性和任務(wù)執(zhí)行度。”何玉慶介紹道。但空中和地面機器人的感知數(shù)據(jù)和行為特性存在顯著差異性，這為協(xié)作算法的設(shè)計與實現(xiàn)帶來了極大挑戰(zhàn)。在該項目中，何玉慶將和團隊成員一起重點針對“跨域環(huán)境信息融合與協(xié)同定位”“基于跨域感知信息的實時環(huán)境建模、抽象與理解”“跨域環(huán)境約束下的單機器人實時行為優(yōu)化”等基礎(chǔ)科學(xué)問題，初步構(gòu)建面向空中-地面多機器人跨域協(xié)作的共性方法體系，并研制實驗系統(tǒng)，全面驗證理論方法與技術(shù)的可行性和有效性，為多機器人跨域協(xié)作研究提供理論和方法指導(dǎo)，并為后續(xù)跨域協(xié)作機器人系統(tǒng)產(chǎn)品樣機及裝備研制提供技術(shù)。

避免單打獨斗

機器人行業(yè)雖然在外行人眼里發(fā)展迅速，但是何玉慶很清楚在它的研制過程中，需要面對很多技術(shù)和合作方面的困難。毫無疑問，根據(jù)大數(shù)據(jù)訓(xùn)練研制出來的傳統(tǒng)機器人已經(jīng)越來越不能滿足社會的需求了，大家需要的是有更強自主能力的機器人?！霸诩夹g(shù)層面上，我們提出了自主感知、自主控制等一系列的自主性方法和技術(shù)，希望它能夠在一定程度上擺脫對人的依賴?！蓖瑫r，他還和團隊針對自主技術(shù)中的控制技術(shù)進行了一系列研究。“特別是飛行機器人對外界的干擾比較敏感，我們一直在致力于通過控制技術(shù)的突破，讓它擁有較強的抗強風(fēng)等抗干擾能力。”

“除了技術(shù)，科研人員之間的協(xié)作也非常重要?！焙斡駪c介紹道。機器人特別是跨域機器人的研制需要計算機工程、電子工程、自動化工程等不同領(lǐng)域的科研人員互相協(xié)作，是一個特別復(fù)雜、工作量非常大的過程，團隊之間的技術(shù)協(xié)作起著十分重要的作用。因此，何玉慶特別說道：“我們所有的成果只靠我自己的力量是無法完成的，從理論到應(yīng)用的實現(xiàn)，靠的是我們整個團隊的互相配合?！?/p>

正是因為知道其中的困難，何玉慶在和博士生進行專業(yè)交流的時候，除了會培養(yǎng)學(xué)生從實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題并解決相應(yīng)問題的能力，還會著重培養(yǎng)他們溝通和協(xié)作的能力?！八麄儜?yīng)該學(xué)會在研究過程中和別人進行交流合作，而不是一個人單打獨斗?！?/p>

如今，從大學(xué)進入圖書館的那個下午算起，何玉慶已經(jīng)在機器人領(lǐng)域研究了20多個年頭。在這20多年里，他從研究單種類機器人發(fā)展到制備跨域協(xié)作機器人，這對他來說是之前道路的延續(xù)，也是新的征途的開始。他說：“隨著科技的發(fā)展，在不久的將來，電影里出現(xiàn)的場景或許也會出現(xiàn)在我們的日常生活中。”