如何圓夢奪冠

王志剛

北京時間2018年8月6日，歷時7天的第21屆RoboSub國際水下機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)隊贏得本屆冠軍。如果說將國際水下機器人競賽比作全球水下機器人的“奧運會”，那么這次哈爾濱工程大學(xué)的奪冠無異于1984年許海峰（“中國奧運金牌第一人”）奪冠，實現(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)生單獨去參賽?！笔聦嵣?，早在2010年時，劉文智帶領(lǐng)的E唯代表隊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，大洋的另一面，第21屆RoboSub國際水下機器競賽已經(jīng)開賽第二天。而有驚無險，這一天劉文智等到了難得的美國簽證，帶著團(tuán)隊即刻飛往了美國。

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，開始對機器人的導(dǎo)航、控制、識別等各項系統(tǒng)進(jìn)行逐一調(diào)試?！靶疫\的是，賽前的簽證風(fēng)波并未對學(xué)生造成影響。”事后劉文智回憶說，但由于環(huán)境變化，機器人卻顯得不淡定了。在調(diào)試中，機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。像半路殺出個程咬金，劉文智的E唯代表隊在預(yù)賽中以第一名的成績有驚無險地闖入決賽。

決賽時，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，國外的機器人卻沒能抓住。而當(dāng)自己的水下機器人下水后，劉文智同樣會擔(dān)心自己的機器人會“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，又一路的穩(wěn)扎穩(wěn)打，劉文智帶著團(tuán)隊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年才開始參與這項國際頂尖競賽，而此時RoboSub國際水下機器人競賽已經(jīng)舉辦了11屆，期間，康奈爾大學(xué)是其中翹楚，共7次奪冠。事實上，直到2012年，哈爾濱工程大學(xué)的水下機器人贏得競賽第4名的成績時，劉文智才感覺到來自國外強隊在態(tài)度上的明顯轉(zhuǎn)變，此前的3年里，這種存在感很弱。

從邊緣隊伍到冠軍強隊，劉文智帶領(lǐng)自己的團(tuán)隊走了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，實際上，這類比賽一直在反推E唯代表隊在技術(shù)上的成長與突破。2012年，劉文智借比賽的機會邀請到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年的時間里，自己主導(dǎo)的水下機器人研究項目在技術(shù)上實現(xiàn)了兩個突破：其一是水下機器人自主決策能力的提升，實際上，對整個無人系統(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，發(fā)現(xiàn)了機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)，影響到機器人整體作業(yè)時的穩(wěn)定性。經(jīng)過1年的技術(shù)研發(fā)與試驗，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年的水下機器人的設(shè)計中。同時，劉文智將人工智能算法引入水下機器人系統(tǒng)中，經(jīng)過一個夏天的研究與反復(fù)試驗調(diào)試，E唯團(tuán)隊的水下機器人擁有了穩(wěn)定的自主決策力。

“其實，研發(fā)過程中的瓶頸會有很多?！眲⑽闹翘寡裕熬湍帽荣惗裕恳荒甑囊?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，這就要求機器人技術(shù)的適應(yīng)性足夠好，才能保證機器人的穩(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)隊的新技術(shù)研發(fā)，縮短了試驗周期。

經(jīng)歷數(shù)十年的比賽，劉文智總結(jié)，自己的團(tuán)隊在運動控制、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，同時推動團(tuán)隊科研和教學(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)用價值。但在國家自然科學(xué)基金委員會主辦的2017首屆水下機器人抓取大賽上，當(dāng)他看到水下機器人幾分鐘抓了20多個海參時，劉文智有了新的想法。

“因為以前我們并沒有將自己的工作方向放在市場和潛水員抓海參方面，后來通過這個比賽，我發(fā)現(xiàn)民營企業(yè)還真的有需求?！睆年P(guān)注這個領(lǐng)域到做出第一臺樣機，劉文智帶領(lǐng)團(tuán)隊僅用1年時間就實現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)化。他告訴記者，從實驗室的實驗記錄來看，樣機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，增強機器對海參的識別能力，未來的樣機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“意外收獲”的價值，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，涉及海域面積超過850平方公里，而到2025年，預(yù)計建成國家級牧場示范區(qū)178個。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，存在著勞動強度大、安全風(fēng)險高、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，如果自己的此項研究能夠順利進(jìn)入市場，就相當(dāng)于填補了一個市場空白。”這個“填補空白”對于作為學(xué)者的劉文智而言，似乎要的結(jié)果比項目本身的市場化更具吸引力。

其實，劉文智團(tuán)隊研發(fā)的水下機器人，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，這其實是水到渠成的結(jié)果。

當(dāng)被問及未來的目標(biāo)時，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，自1998年第一屆RoboSub國際水下機器人競賽以來，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的尾隨者，而是在第一梯隊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科學(xué)的態(tài)度，就不會走到誤區(qū)里，就能少走彎路。