王志剛

北京時(shí)間2018年8月6日，歷時(shí)7天的第21屆RoboSub國際水下機(jī)器人競賽在美國圣迭戈落幕，由哈爾濱工程大學(xué)劉文智教授指導(dǎo)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)贏得本屆冠軍。如果說將國際水下機(jī)器人競賽比作全球水下機(jī)器人的“奧運(yùn)會”，那么這次哈爾濱工程大學(xué)的奪冠無異于1984年許海峰（“中國奧運(yùn)金牌第一人”）奪冠，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)領(lǐng)域“零的突破”。這則消息讓人備感振奮。

穩(wěn)中求勝

“按理說去年我們至少應(yīng)該能夠拿到亞軍！”劉文智半開玩笑地說，“由于我們學(xué)校（原中國人民解放軍軍事工程學(xué)院）的特殊性，美國不給我們發(fā)簽證，2017年只能讓四名學(xué)生單獨(dú)去參賽?！笔聦?shí)上，早在2010年時(shí)，劉文智帶領(lǐng)的E唯代表隊(duì)就因沒有簽證而不能赴賽。

2018年8月1日，劉文智和其他幾位帶隊(duì)老師仍在國內(nèi)。沒有簽證，面對太平洋，劉文智舉步難行。與此同時(shí)，大洋的另一面，第21屆RoboSub國際水下機(jī)器競賽已經(jīng)開賽第二天。而有驚無險(xiǎn)，這一天劉文智等到了難得的美國簽證，帶著團(tuán)隊(duì)即刻飛往了美國。

抵達(dá)比賽現(xiàn)場，領(lǐng)到參賽證件之后，學(xué)生們迅速來到比賽位置，在工作人員配合下，開始對機(jī)器人的導(dǎo)航、控制、識別等各項(xiàng)系統(tǒng)進(jìn)行逐一調(diào)試?！靶疫\(yùn)的是，賽前的簽證風(fēng)波并未對學(xué)生造成影響?！笔潞髣⑽闹腔貞浾f，但由于環(huán)境變化，機(jī)器人卻顯得不淡定了。在調(diào)試中，機(jī)器人原本通過傳感器進(jìn)行水下定位識別的路徑嚴(yán)重跑偏。劉文智用東北味十足的話開玩笑說：“相應(yīng)情況在家（指哈爾濱工程大學(xué)）都有預(yù)料，可沒想到會那么嚴(yán)重?！?/p>

面對嚴(yán)重的硬件問題，賽場上顯然沒有可替換的設(shè)備，因此，劉文智與守在電腦旁的學(xué)生思慮片刻，轉(zhuǎn)換思路，決定通過軟件方法來解決硬件問題。于是放棄原有的傳感器程序設(shè)定，改用聲導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行測試。像半路殺出個(gè)程咬金，劉文智的E唯代表隊(duì)在預(yù)賽中以第一名的成績有驚無險(xiǎn)地闖入決賽。

決賽時(shí)，透過清亮泛著淡藍(lán)的池水，劉文智發(fā)現(xiàn)有好幾次明明有待識別物，國外的機(jī)器人卻沒能抓住。而當(dāng)自己的水下機(jī)器人下水后，劉文智同樣會擔(dān)心自己的機(jī)器人會“眼盲”，無法精準(zhǔn)識別。劉文智對《中國名牌》記者回憶說，機(jī)器人每抓到一次識別物，自己吊著的心就放下一截。

一路的有驚無險(xiǎn)，又一路的穩(wěn)扎穩(wěn)打，劉文智帶著團(tuán)隊(duì)最終在此屆競賽中圓夢奪冠。

厚積薄發(fā)

相比麻省理工大學(xué)、康奈爾大學(xué)等老牌國際名校，哈爾濱工程大學(xué)在2009年才開始參與這項(xiàng)國際頂尖競賽，而此時(shí)RoboSub國際水下機(jī)器人競賽已經(jīng)舉辦了11屆，期間，康奈爾大學(xué)是其中翹楚，共7次奪冠。事實(shí)上，直到2012年，哈爾濱工程大學(xué)的水下機(jī)器人贏得競賽第4名的成績時(shí)，劉文智才感覺到來自國外強(qiáng)隊(duì)在態(tài)度上的明顯轉(zhuǎn)變，此前的3年里，這種存在感很弱。

從邊緣隊(duì)伍到冠軍強(qiáng)隊(duì)，劉文智帶領(lǐng)自己的團(tuán)隊(duì)走了10年。伴隨著比賽規(guī)則的逐漸復(fù)雜與技術(shù)要求的不斷提高，劉文智不止一次地表示，實(shí)際上，這類比賽一直在反推E唯代表隊(duì)在技術(shù)上的成長與突破。2012年，劉文智借比賽的機(jī)會邀請到AUVSI（國際無人系統(tǒng)協(xié)會）負(fù)責(zé)人來到哈爾濱工程大學(xué)演講，他告訴劉文智說：“從來沒有一支隊(duì)伍像你們這樣，發(fā)展得這么快！”

對此，劉文智有自己的看法：“不要光看成績光鮮，我們在成績上的‘突飛猛進(jìn)不是朝夕之事，這背后是我們十幾年來的技術(shù)積累?！彼嬖V《中國名牌》記者，10年的時(shí)間里，自己主導(dǎo)的水下機(jī)器人研究項(xiàng)目在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)突破：其一是水下機(jī)器人自主決策能力的提升，實(shí)際上，對整個(gè)無人系統(tǒng)技術(shù)而言，自主能力也是技術(shù)研發(fā)的核心；其二是水下機(jī)器人單目識別系統(tǒng)向雙目立體識別系統(tǒng)的改進(jìn)。

2017年，由于劉文智沒有拿到美國簽證，所以只有四名學(xué)生來到美國圣迭戈參賽。但賽后，觀看學(xué)生帶回的比賽錄像時(shí)，發(fā)現(xiàn)了機(jī)器人原有的單目識別系統(tǒng)，無法在水下判斷目標(biāo)識別物的距離，從而無法準(zhǔn)確定位目標(biāo)，影響到機(jī)器人整體作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。經(jīng)過1年的技術(shù)研發(fā)與試驗(yàn)，能夠進(jìn)行立體識別的雙目系統(tǒng)成功穩(wěn)定地用在了2018年的水下機(jī)器人的設(shè)計(jì)中。同時(shí)，劉文智將人工智能算法引入水下機(jī)器人系統(tǒng)中，經(jīng)過一個(gè)夏天的研究與反復(fù)試驗(yàn)調(diào)試，E唯團(tuán)隊(duì)的水下機(jī)器人擁有了穩(wěn)定的自主決策力。

“其實(shí)，研發(fā)過程中的瓶頸會有很多?！眲⑽闹翘寡?，“就拿比賽而言，每一年的規(guī)則和技術(shù)要求都在提高，但活動也相應(yīng)推動了技術(shù)的發(fā)展，我們每一年的技術(shù)都有很大變化?！彼颅h(huán)境復(fù)雜多變，這就要求機(jī)器人技術(shù)的適應(yīng)性足夠好，才能保證機(jī)器人的穩(wěn)定性。而在這方面，哈爾濱工程大學(xué)多年積累的學(xué)科優(yōu)勢起到了非常關(guān)鍵的作用，比如水聲、導(dǎo)航等技術(shù)方面，哈爾濱工程大學(xué)具有很大優(yōu)勢，這也直接助力了團(tuán)隊(duì)的新技術(shù)研發(fā)，縮短了試驗(yàn)周期。

經(jīng)歷數(shù)十年的比賽，劉文智總結(jié)，自己的團(tuán)隊(duì)在運(yùn)動控制、模式識別方面又有了新的突破，這對于整體技術(shù)的研發(fā)起到了直接的促進(jìn)作用，同時(shí)推動團(tuán)隊(duì)科研和教學(xué)向更高階邁進(jìn)。

意外收獲

對劉文智來說，以前的項(xiàng)目研發(fā)多是集中在軍用方面，很少會考慮自己的研究在民用方面具有哪些應(yīng)用價(jià)值。但在國家自然科學(xué)基金委員會主辦的2017首屆水下機(jī)器人抓取大賽上，當(dāng)他看到水下機(jī)器人幾分鐘抓了20多個(gè)海參時(shí)，劉文智有了新的想法。

“因?yàn)橐郧拔覀儾]有將自己的工作方向放在市場和潛水員抓海參方面，后來通過這個(gè)比賽，我發(fā)現(xiàn)民營企業(yè)還真的有需求。”從關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域到做出第一臺樣機(jī)，劉文智帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)僅用1年時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)化。他告訴記者，從實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)記錄來看，樣機(jī)采捕海參的速度已經(jīng)超過人工抓取的速度。之后，再配合人工智能的軟件，增強(qiáng)機(jī)器對海參的識別能力，未來的樣機(jī)就可以完全替代潛水員用于生產(chǎn)了。

為此，劉文智似乎要向記者證明他這個(gè)“意外收獲”的價(jià)值，特意向記者介紹了農(nóng)業(yè)部的相關(guān)文件。記者看到，根據(jù)農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《國家級海洋牧場示范區(qū)建設(shè)規(guī)劃（2017-2025）》，截至2016年，我國已建成海洋牧場200多個(gè)，涉及海域面積超過850平方公里，而到2025年，預(yù)計(jì)建成國家級牧場示范區(qū)178個(gè)。顯然，如此規(guī)模的海洋牧場所產(chǎn)生的市場需求是非?？捎^的。

目前，我國鮑魚、海參、扇貝等底播增殖型海洋牧場的采捕生產(chǎn)，依靠的仍是人工潛水和傳統(tǒng)工具，存在著勞動強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、生產(chǎn)效率低、采捕成本高等突出問題，這給海洋牧場的工業(yè)化造成巨大障礙。因此，劉文智難掩興奮地告訴記者：“現(xiàn)在市場上還沒有相應(yīng)的研發(fā)產(chǎn)品，如果自己的此項(xiàng)研究能夠順利進(jìn)入市場，就相當(dāng)于填補(bǔ)了一個(gè)市場空白?！边@個(gè)“填補(bǔ)空白”對于作為學(xué)者的劉文智而言，似乎要的結(jié)果比項(xiàng)目本身的市場化更具吸引力。

其實(shí)，劉文智團(tuán)隊(duì)研發(fā)的水下機(jī)器人，不僅僅可以進(jìn)一步推動國家海洋牧場的工業(yè)化發(fā)展，同時(shí)也能夠在海洋科學(xué)研究領(lǐng)域起到積極作用，比如對水下含氧量、葉綠素的檢測，在水下研究對象的采樣等方面也會有很大的作用。

對于劉文智而言，這些“意外收獲”像是無心插柳柳成蔭，而在記者看來，這其實(shí)是水到渠成的結(jié)果。

當(dāng)被問及未來的目標(biāo)時(shí)，劉文智干脆利落，脫口而出：“我的目標(biāo)就是三年內(nèi)，再拿三次冠軍，給世界看看中國水平?！备鶕?jù)記者統(tǒng)計(jì)，自1998年第一屆RoboSub國際水下機(jī)器人競賽以來，累積21屆的賽事結(jié)果中，康奈爾大學(xué)、麻省理工大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)這三所美國大學(xué)幾乎包攬競賽的冠軍（15次奪得競賽冠軍）。而哈爾濱工程大學(xué)是其中唯一的亞洲高校。

在水下機(jī)器人的領(lǐng)域里，雖然不能說中國已處于引領(lǐng)地位，但肯定不再是第二梯隊(duì)的尾隨者，而是在第一梯隊(duì)里至少在與美國同步跑。劉文智最后告訴記者，做研究要始終保持一個(gè)科學(xué)的態(tài)度，就不會走到誤區(qū)里，就能少走彎路。