他給起重機(jī)以“智慧”

撰文/潘麗婭 攝影/袁麗

國家“四青”人才、科研精英、青年教授、年輕的博士生導(dǎo)師……這一連串評(píng)語，是外界對(duì)南開大學(xué)人工智能學(xué)院孫寧教授的整體評(píng)價(jià)。

入選天津市首批青年人才托舉工程、南開大學(xué)“百名青年學(xué)科帶頭人培養(yǎng)計(jì)劃”、天津市創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃青年科技優(yōu)秀人才、吳文俊人工智能優(yōu)秀青年獎(jiǎng)、頂級(jí)期刊杰出論文獎(jiǎng)、中國智能制造十大科技進(jìn)展、吳文俊人工智能自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、天津市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、天津市專利金獎(jiǎng)、天津向上向善好青年……這一連串的榮譽(yù)，是孫寧多年來苦心科研收獲的獎(jiǎng)項(xiàng)。

而面對(duì)外界對(duì)他的“榮譽(yù)加身”，這位33歲的年輕教授始終將自己定位為一名普通的科技工作者?！拔乙恢倍荚诟嬲]自己，搞科研就要‘耐得住寂寞，撐得起理想，踐行科技報(bào)國、創(chuàng)新報(bào)國的使命’?！睂O寧是這樣說的，也一直都是這樣做的。

孫寧 /南開大學(xué)人工智能學(xué)院教授，33歲。

科研·啟航

2009年，孫寧從武漢大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)后，跨專業(yè)保送南開大學(xué)，進(jìn)入機(jī)器人研究所直接攻讀博士學(xué)位?！皩I(yè)的轉(zhuǎn)變是因?yàn)槲以?008年的保送面試中，遇到了恩師方勇純教授，在與方老師交流溝通的過程中，我確立了轉(zhuǎn)專業(yè)直接攻讀博士的想法。從此，從珞珈山麓來到新開湖畔，我與南開大學(xué)結(jié)下了不解之緣?！?/p>

孫寧說，初入南開大學(xué)，他的學(xué)習(xí)和科研之路并不順?biāo)?，因?yàn)楸究频难芯糠较蚝筒┦可陂g的研究方向不同，孫寧并不能很快入手科研工作?？吹綆熜謳熃銈冋?wù)撜谶M(jìn)行的科研項(xiàng)目和即將發(fā)表的論文，而自己只能看文獻(xiàn)，孫寧心里很著急。后來在導(dǎo)師方勇純教授的開導(dǎo)下，孫寧恢復(fù)了平和的心態(tài)，安心做好自己的本職工作?！拔以趯W(xué)習(xí)中是一個(gè)較真的人，一旦發(fā)現(xiàn)一個(gè)值得研究的問題，就會(huì)大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)、想盡各種方法去解決，決不輕言放棄?！睂O寧就是靠著勤奮與堅(jiān)持穩(wěn)步向前。功夫不負(fù)有心人，在博士一年級(jí)下學(xué)期，孫寧發(fā)表了他的第一篇論文。而此時(shí)，心里有了底的孫寧也才真正摸清科研的門道并開始得心應(yīng)手。而這篇論文在導(dǎo)師方勇純教授的悉心修改和指導(dǎo)下，被孫寧先后修改了17 遍才得以發(fā)表，也正因?yàn)檫@些，孫寧養(yǎng)成了做事情認(rèn)真細(xì)致、一絲不茍的習(xí)慣。

在南開大學(xué)學(xué)習(xí)期間，孫寧收獲滿滿，發(fā)表學(xué)術(shù)論文20 多篇，授權(quán)國家發(fā)明專利多項(xiàng)，獲得天津市“十佳大學(xué)生”、第19 屆關(guān)肇直獎(jiǎng)提名獎(jiǎng)、研究生國家獎(jiǎng)學(xué)金、南開十杰、南開大學(xué)研究生特等獎(jiǎng)學(xué)金、教育部博士生學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)。

科研·創(chuàng)新

2014年，博士畢業(yè)的孫寧留校成為南開大學(xué)一名年輕教師，并繼續(xù)他的科研工作。

“最令我開心的是，我找到并確定了我喜歡且非常有意義的研究方向?！睂O寧說，他的主要研究方向包括欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人、氣動(dòng)人工肌肉機(jī)器人、特種工業(yè)機(jī)器人等系統(tǒng)的智能控制與應(yīng)用。目前，他在工業(yè)起重機(jī)及有色金屬澆鑄領(lǐng)域的都取得了優(yōu)秀的成績。

作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的“負(fù)重脊梁”，制造業(yè)、建筑業(yè)等必須以起重機(jī)為支撐。然而，現(xiàn)有絕大多數(shù)起重機(jī)仍依賴人工操作，缺乏高性能的智能控制平臺(tái)，系統(tǒng)的安全性及工作效率完全依賴于操作員的經(jīng)驗(yàn)，越來越難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。目前，我國的起重機(jī)行業(yè)依然處于產(chǎn)業(yè)鏈底端，迫切需要技術(shù)創(chuàng)新。針對(duì)上述問題，圍繞“起重機(jī)智能控制及安全監(jiān)測”主題，孫寧所在團(tuán)隊(duì)把起重機(jī)作為一種特殊的機(jī)器人，針對(duì)不同需求提出了相應(yīng)的智能感知、規(guī)劃及控制算法，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了行人等動(dòng)態(tài)目標(biāo)檢測、三維工作空間重建、快速智能“防搖”、平穩(wěn)豎直起降、手自動(dòng)平滑切換、緊急情況下的安全制動(dòng)等功能，涉及傳感配置、信息處理、算法集成、系統(tǒng)開發(fā)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在“十二五”國家科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，孫寧所在團(tuán)隊(duì)聯(lián)合企業(yè)研發(fā)了國內(nèi)首臺(tái)32 噸智能工業(yè)起重機(jī)。為了盡快促進(jìn)智能起重機(jī)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，目前他們正在針對(duì)起重機(jī)感知與控制領(lǐng)域的一些更深入、更實(shí)際、更難啃的問題開展深入研究，孫寧也獲批了國家自然科學(xué)基金（聯(lián)合基金）重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。

有色金屬是國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料，而有色金屬澆鑄過程是有色金屬冶煉的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有色金屬澆鑄過程中核心的環(huán)節(jié)之一是修錠，即切削掉有色金屬鑄錠表面的金屬毛刺，提高平整度?！靶掊V水平的高低直接決定了有色金屬鑄錠產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。在高溫、高腐蝕、高粉塵、強(qiáng)毒性的惡劣環(huán)境下，關(guān)鍵工序主要依靠人工操作，這不僅對(duì)工人的作業(yè)安全和生命健康危害極大，還導(dǎo)致作業(yè)生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性難以保證。”針對(duì)有色金屬修錠環(huán)節(jié)，孫寧所在團(tuán)隊(duì)研制了面向有色金屬修錠作業(yè)的智能感知、規(guī)劃與控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線上有色金屬關(guān)鍵信息的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確提取、機(jī)器人最優(yōu)作業(yè)軌跡規(guī)劃、打磨力精準(zhǔn)控制等功能，大幅優(yōu)化了鋅鑄錠的殘余毛刺面積、平整度、修錠效率等重要指標(biāo)。目前，這一技術(shù)成功應(yīng)用于株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司的鋅鑄錠生產(chǎn)線。孫寧說，接下來，相關(guān)技術(shù)將進(jìn)一步應(yīng)用于株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司的鋅合金生產(chǎn)線及河南豫光金鉛股份有限公司的鉛生產(chǎn)線。

科研·堅(jiān)持

“對(duì)于很多人來說，科研其實(shí)是一件很枯燥乏味的事情，如果不是心存熱愛，很難堅(jiān)持下去。大量的文獻(xiàn)查找，大量數(shù)據(jù)的反復(fù)驗(yàn)證，一遍又一遍進(jìn)行試驗(yàn)，這都是我們工作的常態(tài)。”孫寧說，他遇到過很多“難啃的硬骨頭”。目前，他們正在聯(lián)合中科院沈自所、中南大學(xué)、株洲天橋起重、株洲冶煉集團(tuán)、河南豫光集團(tuán)等多家科研單位和企業(yè)開展國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。項(xiàng)目中，孫寧所在團(tuán)隊(duì)承擔(dān)有色金屬修錠作業(yè)這一部分的研究工作，需要用相機(jī)在復(fù)雜背景、光照變化的情況下提取金屬鑄錠的運(yùn)行速度、毛刺位置等，進(jìn)一步規(guī)劃機(jī)器人的運(yùn)行路徑與軌跡，對(duì)毛刺進(jìn)行精準(zhǔn)磨削，整個(gè)研究過程沒有可供參考的相關(guān)文獻(xiàn)資料。為此，孫寧與同事、學(xué)生一次次次往返于湖南的企業(yè)現(xiàn)場，在高溫、高粉塵環(huán)境下反復(fù)測量、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)在南開大學(xué)實(shí)驗(yàn)室搭建了一個(gè)模擬平臺(tái)，在模擬平臺(tái)上進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，調(diào)試成功后，又返回企業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果很成功。這一次的研究過程，讓孫寧認(rèn)識(shí)到很多科研問題來自于實(shí)際，科技工作者必須走出實(shí)驗(yàn)室，從實(shí)際中來、到實(shí)際中去。

談到接下來的研究方向，孫寧說：“現(xiàn)階段，我的研究重點(diǎn)依然是理論與實(shí)際‘兩翼齊飛’，對(duì)于正在開展的‘起重機(jī)智能控制’‘有色金屬修錠機(jī)器人感知與控制’，將在已有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提煉關(guān)鍵實(shí)際問題，予以一一擊破?！蔽磥?，孫寧還將繼續(xù)深耕欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人、仿生驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的規(guī)劃、控制等基礎(chǔ)理論問題，開展持續(xù)研究，繼續(xù)走理論研究與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的路線，力爭將研究成果更多地應(yīng)用于實(shí)際?！斑@是我的理想，也是我一直以來堅(jiān)持的動(dòng)力?！?/p>