□ 干思思

褚明在學(xué)位授予儀式上作為教師代表發(fā)言

2019年年初，作為《變形金剛》系列首部獨(dú)立電影的《大黃蜂》在各大影院火熱上映，并取得了票房口碑雙豐收。其開(kāi)場(chǎng)戲賽博坦之戰(zhàn)一下子就抓住了眾人的眼球：擎天柱、千斤頂、聲波（機(jī)器狗）等經(jīng)典人物悉數(shù)登場(chǎng)，并上演了一系列精彩的動(dòng)作戲和變形場(chǎng)面，讓觀眾驚喜不已。這些有著精鋼鐵骨的龐然大物，具有智慧、善于變形、行動(dòng)靈敏，尤其是還長(zhǎng)著一雙類似于人手的機(jī)械手?？梢哉f(shuō)變形金剛正是30多年前，人們對(duì)于機(jī)器人的一種想象。

如今，隨著科技的快速發(fā)展，曾經(jīng)的想象逐步轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)。機(jī)器人已悄然走入人們的生活和工作，并從方方面面影響著人類社會(huì)的發(fā)展。無(wú)論是從事繁重勞動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人，還是專攻精細(xì)操作的醫(yī)療機(jī)器人，亦或是探索星際太空的航天機(jī)器人，它們都產(chǎn)生于人類的精妙設(shè)計(jì)之下，具備某些人類自身無(wú)法比擬的能力，從而可以代替人類從事某些工作，日趨成為一種新興生產(chǎn)力?！霸谥械鹿I(yè)4.0浪潮的推動(dòng)下，機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的科研方向，未來(lái)20年應(yīng)該都是機(jī)器人和人工智能的天下，這已是業(yè)界共識(shí)了?！倍嗄陱氖聶C(jī)器人技術(shù)研究的北京郵電大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“北郵”）自動(dòng)化學(xué)院副教授褚明這樣介紹道。

雖然是一名“80后”，但褚明在機(jī)器人技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)卻有著豐富的經(jīng)驗(yàn)?！霸诳蒲蓄I(lǐng)域，大家基本上有一個(gè)普遍的認(rèn)識(shí)，做科研一定要做到頂天立地?！薄绊斕炝⒌亍边@個(gè)原本用來(lái)形容做人原則的詞，為何會(huì)用在科研中呢？他接著解釋道：“‘頂天’主要是說(shuō)做學(xué)術(shù)研究，尤其是前沿基礎(chǔ)理論的研究一定要頂?shù)教?，也就是達(dá)到最高水平。而‘立地’主要是講應(yīng)用，是說(shuō)科研成果和技術(shù)一定要轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，并且有一定的產(chǎn)品。簡(jiǎn)而言之，就是前沿理論基礎(chǔ)研究一定要做到創(chuàng)新，落地的技術(shù)一定要成熟并能推廣，這是我們科研人追求的目標(biāo)?！迸c此同時(shí)，作為北郵的研究生導(dǎo)師，他在教書育人方面也有著自己獨(dú)到的見(jiàn)解，“在一種很快樂(lè)的環(huán)境中去做科研”是他追求的目標(biāo)，這也使他深受學(xué)生們的喜愛(ài)。

空間機(jī)器人 精益求精

“我關(guān)注的機(jī)器人領(lǐng)域，更是得‘頂天’，它恰好是航天領(lǐng)域的機(jī)器人技術(shù)。”在介紹他的研究領(lǐng)域時(shí)，褚明幽默地回答道。據(jù)介紹，空間機(jī)器人可以分為兩類：一類是裝在衛(wèi)星上，通常被稱為星載空間機(jī)器人；另一類則是用于空間站的建造與運(yùn)營(yíng)，我國(guó)的空間站預(yù)計(jì)將在2020年建成。毋庸置疑，現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展對(duì)衛(wèi)星的依賴日益增強(qiáng)，尤其是在國(guó)防方面?！吧乒フ邉?dòng)于九天之上”。自從第一顆人造衛(wèi)星于1957年10月成功發(fā)射，便開(kāi)創(chuàng)了人類太空時(shí)代的新篇章。可以說(shuō)，當(dāng)前的太空正在成為新的兵家必爭(zhēng)之地，這就決定了空間機(jī)器人在國(guó)防領(lǐng)域中具有極其重要的戰(zhàn)略地位。

近年來(lái)，美、俄、日等國(guó)都在空間機(jī)器人研究方面持續(xù)發(fā)力。2011年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）啟動(dòng)了“鳳凰計(jì)劃”太空技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目，目標(biāo)就是利用軌道航天器抓捕地球靜止軌道上的退役衛(wèi)星，回收利用其可用部件，并在軌組裝生成具有完備功能的新衛(wèi)星。顯而易見(jiàn)，這一技術(shù)將對(duì)美軍未來(lái)的太空作戰(zhàn)行動(dòng)產(chǎn)生全面而深遠(yuǎn)的影響。它不僅能夠使美軍在未來(lái)的太空站中，對(duì)遭敵方打擊而摧毀的衛(wèi)星進(jìn)行快速搶修和替換，同時(shí)也能顯著抵消他國(guó)衛(wèi)星武器的威懾效力。

在此背景下，中國(guó)也開(kāi)始了星載空間機(jī)器人的研制。眾所周知，太空是一個(gè)高溫且溫差極大的環(huán)境，太陽(yáng)照射的正面為180℃，而其背面則是-180℃。此外，因無(wú)重力，衛(wèi)星一旦受到外部干擾力很容易翻滾失控甚至離軌。這都決定了星載空間機(jī)器人要具備極高的操作精度。然而，如何判斷其精度是否達(dá)標(biāo)就成了一道難題。因?yàn)椋禽d空間機(jī)器人并不是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，針對(duì)它的測(cè)量系統(tǒng)尚屬空白，只能由中國(guó)人自己開(kāi)發(fā)。來(lái)自北郵的褚明和他的團(tuán)隊(duì)靠著扎實(shí)而出色的科研能力肩負(fù)起了這個(gè)重?fù)?dān)，即國(guó)家原“863”計(jì)劃某課題研究。

這個(gè)測(cè)試設(shè)備的研發(fā)，可謂歷盡千辛萬(wàn)苦。在與某合作單位合作時(shí)正值寒冬，室外只有-19℃，而褚明他們經(jīng)常到晚上12點(diǎn)還在加班。連合作單位的老師都說(shuō)：“我第一次見(jiàn)到有人出差的時(shí)候，下班比我們還晚，你們真不簡(jiǎn)單！”抱著必須研制成功的信念，在無(wú)數(shù)次的調(diào)試中，用褚明的話說(shuō)就是“記不清到底調(diào)了多少遍，也記不清反復(fù)了多少工”，他們最終研制出了精密測(cè)試設(shè)備。之后,褚明懷著忐忑不安的心情來(lái)到國(guó)防一級(jí)認(rèn)證的高精密測(cè)量所304所進(jìn)行檢測(cè)。功夫不負(fù)有心人，測(cè)試設(shè)備檢測(cè)指標(biāo)全部合格通過(guò)，意味著褚明他們圓滿完成了星載空間機(jī)器人的指標(biāo)測(cè)試任務(wù)。此后經(jīng)該測(cè)試設(shè)備檢測(cè)合格的星載空間機(jī)器人正式“服役”，如期完成了發(fā)射任務(wù)。如今，它仍在軌穩(wěn)定運(yùn)行并出色完成既定任務(wù)，大大提升了空間機(jī)器人的太空防御能力，為我國(guó)的深空探測(cè)工程順利開(kāi)展提供了技術(shù)支撐。

科學(xué)探索永無(wú)止境。致力于研究機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與精密控制的褚明，一直也在思考如何拓展星載空間機(jī)器人的操作能力。在人體上肢結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和中國(guó)太極以柔克剛思想的共同啟發(fā)下，褚明率先提出了具有多維可控阻尼力的軟對(duì)接及捕獲機(jī)構(gòu)，這一極富創(chuàng)新的設(shè)想在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上也引起了德國(guó)科學(xué)家的關(guān)注。目前該研發(fā)項(xiàng)目已于2018年7月成功入選國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，預(yù)計(jì)其成果將極大拓展空間機(jī)器人對(duì)非合作目標(biāo)的柔順抓捕能力和系統(tǒng)自穩(wěn)定能力，并為我國(guó)未來(lái)的深空探測(cè)工程積累前沿技術(shù)。

AGV消防機(jī)器人 智勇雙全

如今，機(jī)器人的身影在社會(huì)生活中愈發(fā)常見(jiàn)，靈活小巧的掃地機(jī)器人、新興代步工具兩輪機(jī)器人等，已成為不少人的好幫手。其實(shí)除了提供日常的服務(wù)，機(jī)器人還可以在危險(xiǎn)的環(huán)境中挺身而出，“救人于危難之中”，譬如消防移動(dòng)機(jī)器人。褚明及其團(tuán)隊(duì)在2018年下半年就剛剛為一個(gè)世界500強(qiáng)企業(yè)研發(fā)出一款面向消防應(yīng)用的全地形智能履帶式AGV。

AGV是Automated Guided Vehicle的縮寫，意即“自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車”，是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。AGV最早應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)，如今京東、亞馬遜等物流大商們都在使用?；谄渌哂辛己玫沫h(huán)境適應(yīng)能力,很強(qiáng)的抗干擾能力和目標(biāo)識(shí)別能力，AGV的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展。此次，褚明他們?cè)O(shè)計(jì)了全新的增強(qiáng)型獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，并突破了特種移動(dòng)機(jī)器人的“三防”關(guān)鍵技術(shù)——防火、防水、防爆，賦予其像輕型坦克一樣的外形——利用履帶驅(qū)動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)其爬樓的可能，從而使它能夠完成滅火搜救的重任。

眾所周知，一般出現(xiàn)火情時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，特別是當(dāng)火場(chǎng)內(nèi)還堆放有易燃易爆品時(shí)，消防員的生命安全更加得不到保障。如果能夠利用消防機(jī)器人去完成這個(gè)高危工作，則會(huì)大大減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，在傳統(tǒng)救火中，消防員們通常要攜帶高壓水龍頭，一般需要三名消防員來(lái)搬運(yùn)一臺(tái)，這就限制了他們的移動(dòng)能力、速度以及效率。而通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，一個(gè)消防機(jī)器人就可以攜帶一臺(tái)噸位適用于不同火情的水龍頭。換句話說(shuō)，即一名消防員可以同時(shí)指揮好幾個(gè)消防機(jī)器人去滅火，從而極大地拓展了消防員的工作能力。此外，在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，彌漫的濃煙干擾了消防員們視線，給搜救工作帶來(lái)極大的困擾。為了解決這一難題，褚明他們?cè)跈C(jī)器人身上安裝了熱感攝像頭。它有助于穿越濃煙穿越火焰尋找到被困人員，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)的救生能力。

“很多消防員在救火過(guò)程中自己都出不來(lái)了，這讓人很痛心。咱們要充分利用科學(xué)技術(shù)，盡最大可能減少生命財(cái)產(chǎn)損失?！闭菓阎尶萍荚旄Ｓ谌说哪繕?biāo)，褚明及其團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)100天的快速攻關(guān)，終于研制出了這款消防機(jī)器人，目前該產(chǎn)品已進(jìn)入樣車試驗(yàn)階段。

在北郵大學(xué)科技園

勇于跨界 快樂(lè)科研

傳統(tǒng)觀念中，從事理工科研究的人往往有些嚴(yán)肅沉悶。褚明卻給人留下開(kāi)朗風(fēng)趣的印象，而且他還是一位喜歡彈吉他、唱歌、習(xí)字的文藝青年。恰如他所說(shuō)：“不止在科研上跨界，在生活上也要跨界！”

科研上的跨界，換句話說(shuō)就是學(xué)科交叉。只有實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉，才能有更多創(chuàng)新。作為碩士生導(dǎo)師，在培養(yǎng)人才方面，褚明有自己的一套理念，即勇于“跨界”。在最初挑選研究生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，一般他都會(huì)先問(wèn)一下學(xué)生原來(lái)是學(xué)什么的。學(xué)生一聽(tīng)就很興奮，以為褚明會(huì)分配一個(gè)自己擅長(zhǎng)的工作。其實(shí)不然，褚明是想讓學(xué)生跳出自己的舒適圈，去做原本并不擅長(zhǎng)的事?！叭耸怯卸栊缘模?xí)慣于在自己熟悉的圈內(nèi)工作。但如果現(xiàn)在覺(jué)得很舒服，走出校園之后，面對(duì)困難時(shí)就會(huì)捉襟見(jiàn)肘。所以我給他們布置課題的時(shí)候，就是讓他們不斷地去面對(duì)困難，不斷地去面對(duì)自己未知的領(lǐng)域，不斷地去挑戰(zhàn)，這個(gè)過(guò)程也是對(duì)思維的訓(xùn)練?！辈浑y想象這個(gè)過(guò)程并不容易，這就更需要老師有充足的耐心來(lái)引導(dǎo)。褚明的第一個(gè)碩士生很優(yōu)秀，當(dāng)時(shí)是以北京工商大學(xué)機(jī)械專業(yè)本科第一名的身份保送來(lái)的。在剛拿到研究項(xiàng)目時(shí)這名學(xué)生也很困惑，但在褚明的引導(dǎo)下，她順利地完成了研究課題。研究生畢業(yè)時(shí)，她不僅囊括了碩士階段該拿的所有獎(jiǎng)項(xiàng)，還獲得了北京市優(yōu)秀碩士生的榮譽(yù)稱號(hào)。褚明欣慰地說(shuō) ：“這就是逆境培養(yǎng)模式帶來(lái)的成效?！?/p>

“臺(tái)上一分鐘，臺(tái)下十年功”，在科研中亦是如此。如何正視壓力、緩解壓力，褚明有自己的想法?！拔铱桃庾尨蠹也灰羞@種壓力，而在一種很快樂(lè)的環(huán)境中去做科研。我平時(shí)有一個(gè)可能跟很多老師不太一樣的地方，就是我不考勤，也不去讓他們刷卡簽到。因?yàn)樽隹蒲行枰氖且环N狀態(tài)，是一種創(chuàng)新的靈感?！瘪颐鞲嗟氖墙o予學(xué)生們一個(gè)充分自由的空間，讓他們?nèi)グl(fā)揮想象力。每當(dāng)學(xué)生們有了靈感時(shí)都會(huì)和他交流，繼而找出實(shí)現(xiàn)想法的途徑。褚明認(rèn)為這種輕松愉悅的氣氛更有助于激發(fā)學(xué)生們的靈感。

“理工是為社會(huì)技術(shù)發(fā)展服務(wù)的，而藝術(shù)能讓人的靈魂放松?！闭劶八囆g(shù)時(shí)，褚明這樣說(shuō)道。在褚明的辦公室里就放著一把吉他，當(dāng)他完成繁重的科研工作之后，休息時(shí)他就喜歡彈彈吉他唱唱歌。的確，科學(xué)與藝術(shù)總是相輔相成的。被譽(yù)為“中國(guó)航天之父”的錢學(xué)森院士曾說(shuō)：“藝術(shù)上的修養(yǎng)不僅加深了我對(duì)藝術(shù)作品中那些詩(shī)情畫意和人生哲理的深刻理解，也使我學(xué)會(huì)了藝術(shù)上大跨度的宏觀形象思維。我認(rèn)為，這些東西對(duì)啟迪一個(gè)人在科學(xué)上的創(chuàng)新是很重要的。”正是在褚明的影響下，他的學(xué)生里也有不少人喜歡上了彈吉他，喜歡上了藝術(shù)。

學(xué)海無(wú)涯，人生有限，不如多一些體驗(yàn)，多一些挑戰(zhàn)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多精彩。這種積極樂(lè)觀的態(tài)度，將繼續(xù)引導(dǎo)褚明和他的團(tuán)隊(duì)探索更多未曾探索的領(lǐng)域，將使機(jī)器人技術(shù)更好地應(yīng)用于實(shí)踐，更好地服務(wù)于社會(huì)和國(guó)家。