為“世界級(jí)成果”而奔赴

周彩麗

8歲，在媽媽所在大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)室里，一場(chǎng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓陳建宇第一次窺探了科學(xué)的美妙。

25歲，陳建宇提出的“非線性系統(tǒng)、非凸約束條件下的實(shí)時(shí)軌跡優(yōu)化算法”成功應(yīng)用在無(wú)人車(chē)實(shí)車(chē)上，被WebsEdge專題報(bào)道，在SAE世博會(huì)進(jìn)行展示。年青的科研新星嶄露頭角。

29歲，陳建宇在“帶約束的安全強(qiáng)化學(xué)習(xí)和感知—決策聯(lián)合學(xué)習(xí)”兩大方面取得重要突破。

2021年，陳建宇成為清華大學(xué)交叉信息研究院助理教授、博士生導(dǎo)師。這位不到30歲的年青人，以新的身份，開(kāi)啟他的科研和從教之路。

前瞻的研究

底特律一個(gè)實(shí)驗(yàn)用停車(chē)場(chǎng)內(nèi)，一臺(tái)無(wú)人車(chē)成功避過(guò)了行走的車(chē)輛和模擬的“行人”，倒車(chē)入庫(kù)，停在準(zhǔn)確的位置上。人群開(kāi)始?xì)g呼，陳建宇激動(dòng)地和隊(duì)友擊掌、擁抱。那是搭載他自己設(shè)計(jì)的算法的無(wú)人車(chē)，實(shí)驗(yàn)的成功意味著他的“帶約束非線性軌跡規(guī)劃研究”從理論算法到仿真再到實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)得到完整驗(yàn) 證。

那是2017年初，25歲的陳建宇在美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校攻讀博士，研究領(lǐng)域包括自動(dòng)駕駛和機(jī)器人技術(shù)。當(dāng)時(shí)尚處于商業(yè)無(wú)人駕駛行業(yè)的早期，大多數(shù)無(wú)人車(chē)的決策規(guī)劃系統(tǒng)使用的是基于人為規(guī)則的方法，而陳建宇研究的方法能夠自動(dòng)地對(duì)無(wú)人車(chē)這種非線性系統(tǒng)實(shí)時(shí)規(guī)劃出安全的軌跡。

自動(dòng)駕駛在今天已不是新鮮事。谷歌推出自動(dòng)駕駛商用服務(wù)，特斯拉的高級(jí)輔助駕駛功能搭載在乘用車(chē)上，百度的無(wú)人駕駛巴士也已量產(chǎn)下線。作為科研工作者，陳建宇攻關(guān)的并不是當(dāng)下正在落地的技術(shù)，而是著眼于更長(zhǎng)遠(yuǎn)的、有前景的未來(lái)技術(shù)方向，探索其背后的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，從而為行業(yè)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展提供具有前瞻性的思路。在2017年軌跡優(yōu)化還未被很好地應(yīng)用于無(wú)人車(chē)時(shí)，陳建宇所做的相關(guān)工作在當(dāng)時(shí)就屬于前沿的科研方向，后來(lái)這類技術(shù)被無(wú)人車(chē)行業(yè)大量采用。從2018年底起，陳建宇的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了更為前瞻的方法——基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的自學(xué)習(xí)算法，打敗世界圍棋冠軍的機(jī)器人AlphaGo運(yùn)用的正是這種算法。在這一階段陳建宇做出了領(lǐng)域內(nèi)較早的幾個(gè)基于自學(xué)習(xí)方法的復(fù)雜道路環(huán)境自動(dòng)駕駛工作，后來(lái)各大無(wú)人車(chē)企業(yè)也陸續(xù)部署強(qiáng)化學(xué)習(xí)的相關(guān)研究。目前，在這種方法的基礎(chǔ)上，陳建宇關(guān)注另一重要但容易被忽視的前沿領(lǐng)域——強(qiáng)化學(xué)習(xí)的安全性和可解釋性。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)能讓機(jī)器人通過(guò)自我學(xué)習(xí)的方法極大地提高其智能性，但是基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法具有一定的“黑箱特性”，人類尚無(wú)法確定其內(nèi)部的運(yùn)作機(jī)制，也無(wú)法確定它會(huì)不會(huì)做出一些不安全的動(dòng)作。在下圍棋、打游戲的場(chǎng)景下偶爾出現(xiàn)這樣的問(wèn)題是可以被接受的，如果在高速行駛的無(wú)人車(chē)上或是與人協(xié)作的機(jī)械臂上發(fā)生錯(cuò)誤，后果不堪想象。因此，若想將這一技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際，必須保障其算法安全可靠、可解釋。

在清華大學(xué)交叉信息研究院和上海期智研究院，陳建宇牽頭開(kāi)展“安全可靠的自進(jìn)化智能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”，融合人工智能、機(jī)器人學(xué)和控制學(xué)理論，解決智能機(jī)器人從感知到?jīng)Q策的一系列難題，得到安全、可靠、高效的無(wú)人車(chē)、機(jī)械臂等機(jī)器人控制策略。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)的安全性和可解釋性目前全球都還沒(méi)有很好的答案。當(dāng)前有比較好的安全保障機(jī)制的機(jī)器人系統(tǒng)基本上采用的是傳統(tǒng)機(jī)器人的工作方法，其智能性受到了一定的限制；而基于自我進(jìn)化的新型控制方法，其安全性還沒(méi)有很好的解決方法。陳建宇團(tuán)隊(duì)的研究，在“帶約束的安全強(qiáng)化學(xué)習(xí)和感知—決策聯(lián)合學(xué)習(xí)”兩大方面取得突破，相關(guān)成果在人工智能、機(jī)器人、控制與智能交通領(lǐng)域頂級(jí)期刊和會(huì)議上發(fā)表，得到了同行的認(rèn)可。

“世界級(jí)的成果”

陳建宇經(jīng)歷過(guò)很多次“至暗時(shí)刻”。一次做無(wú)人車(chē)實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)時(shí)，車(chē)輛行駛不穩(wěn)定，常常在障礙物周?chē)蝗婚_(kāi)始左右搖晃。陳建宇抱著電腦坐在車(chē)上，一遍一遍地改代碼、調(diào)試、重來(lái)。車(chē)晃得讓他難受，內(nèi)心更是焦急。試車(chē)場(chǎng)地很昂貴，需要在較短的時(shí)間內(nèi)完成。那幾天還正臨近期中考試，他白天做實(shí)驗(yàn)，晚上熬夜復(fù)習(xí)，又累又焦慮。后來(lái)終于確定問(wèn)題出在約束的引入方式上。

這樣的經(jīng)歷還有很多?！敖?jīng)常設(shè)想好的點(diǎn)子以為不會(huì)有問(wèn)題，但實(shí)際就出現(xiàn)了各種奇怪的問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候很考驗(yàn)?zāi)托?，再?jiān)持一下，再多嘗試一下，以為難以解決的問(wèn)題往往就這樣解開(kāi)了?！标惤ㄓ畈缓ε率?，因?yàn)椤芭c失敗相伴的，是每一次的進(jìn)步”。

“社會(huì)生物學(xué)之父”愛(ài)德華·威爾遜在《給年輕科學(xué)家的信》中，第一條建議便是“希望你能竭盡所能地堅(jiān)持下去”。在陳建宇看來(lái)，要想成為一名優(yōu)秀的科學(xué)家，光盡力還不夠，還需要有強(qiáng)大的內(nèi)驅(qū)力，有興趣引路。“對(duì)我來(lái)說(shuō)，學(xué)到一些新的知識(shí)，創(chuàng)造一些有意義的東西，都讓我快樂(lè)。”他說(shuō)，“科研并不是苦的，工作也可以是一種娛樂(lè)?！?/p>

清華大學(xué)實(shí)行的是PI制，以PI為核心進(jìn)行資源配置。作為獨(dú)立PI，陳建宇自己組團(tuán)隊(duì)做項(xiàng)目，學(xué)校和院系給予資金、資源等各項(xiàng)支持。陳建宇說(shuō)，學(xué)校和院系的支持足夠讓他“可以自由探索自己感興趣的科學(xué)問(wèn) 題”。

清華大學(xué)對(duì)他也有極高的期待——做出全世界范圍內(nèi)頂尖的科研成果。實(shí)際上，這也是陳建宇自己的期待。

陳建宇在清華大學(xué)讀完本科，申請(qǐng)到美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校直博，師從國(guó)際著名的自動(dòng)控制專家、機(jī)電控制和預(yù)見(jiàn)控制學(xué)科的創(chuàng)始人Masayoshi Tomizuka教授。陳建宇所做的是人工智能和機(jī)器人的交叉研究。他說(shuō)，中國(guó)在某些人工智能領(lǐng)域的地位已接近甚至超過(guò)美國(guó)，但是在機(jī)器人的核心技術(shù)方面和歐美國(guó)家還存在一定的差距。他留學(xué)美國(guó)便是為了去學(xué)最先進(jìn)的技術(shù)，向這個(gè)領(lǐng)域的世界級(jí)大咖學(xué)習(xí)，進(jìn)行科研上的合作。

回國(guó)是出國(guó)前便確定的事?！拔宜鶎W(xué)的是所在行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，投身科研的一個(gè)重要目的就是推動(dòng)國(guó)家技術(shù)發(fā)展?！敝袊?guó)一些關(guān)鍵核心技術(shù)被“卡脖子”，陳建宇迫切希望能為此做點(diǎn)什么。畢業(yè)后，他拒絕了谷歌無(wú)人車(chē)的offer，回到中國(guó)。被“卡脖子”的高端機(jī)器人的軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，是他團(tuán)隊(duì)未來(lái)的攻關(guān)方向。

做出世界級(jí)的成果，挑戰(zhàn)是巨大的。怎樣發(fā)現(xiàn)有意義的科學(xué)問(wèn)題，考驗(yàn)眼光和視野；怎樣去解決一個(gè)非常難的問(wèn)題，考驗(yàn)?zāi)芰湍托?。但陳建宇說(shuō)，他對(duì)自己有信心。

青年的意氣、銳氣、豪氣，來(lái)自能力，來(lái)自精神，來(lái)自一顆好勝心。

陳建宇從小好勝，確定目標(biāo)后愿付出一切努力。從小學(xué)升到省重點(diǎn)初中后，他的成績(jī)從第一名落到了班級(jí)中上游，因?yàn)椤安幌矚g、不甘心排在后面”，那一學(xué)期，他非常努力地學(xué)習(xí)，直到重回第一名并一直保持。高中時(shí)他開(kāi)始探索課程學(xué)習(xí)之外的自身潛力，打乒乓球打成國(guó)家二級(jí)運(yùn)動(dòng)員，參加物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)競(jìng)賽全獲大獎(jiǎng)。

“不喜歡、不甘心排在后面”，現(xiàn)在，一個(gè)青年科學(xué)家對(duì)世界宣告，想要贏。

“勉強(qiáng)而立”的30歲

過(guò)去一年是陳建宇身份轉(zhuǎn)化的第一年。他從一名學(xué)生變成了帶碩博研究生的導(dǎo)師、給本科生授課的老師。

背著雙肩包、穿著運(yùn)動(dòng)鞋的陳建宇，走在清華校園里，看起來(lái)仍像一個(gè)學(xué)生。但是當(dāng)他和他的博士生在一起，很容易看出誰(shuí)是老師——他僅比學(xué)生大3～6歲，但自帶老師的“威嚴(yán)”。陳建宇認(rèn)為：“學(xué)生剛剛接觸科研時(shí)還是很需要多多引導(dǎo)的，想讓學(xué)生聽(tīng)你的話，需要建立一些威信。”在學(xué)生的描述中，陳建宇“儒雅、和藹，總是以鼓勵(lì)為主”，是一位“會(huì)在凌晨四點(diǎn)給學(xué)生改代碼”的老師。面對(duì)這些在他看來(lái)“很聰明、有創(chuàng)造力”的學(xué)生，陳建宇也在探索怎樣去做一個(gè)更好的導(dǎo)師，激發(fā)學(xué)生的潛力。他帶著學(xué)生調(diào)研，找尋有價(jià)值的研究方向；對(duì)研究方向進(jìn)行探索、驗(yàn)證；提供軟件、硬件以及智力等各方面的支持。也有讓他犯難的時(shí)候：要給每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)好的課題，并對(duì)每一個(gè)人的課題都非常了解，出了問(wèn)題還要能幫助他們解決。

教學(xué)上陳建宇也是新手。入職一年來(lái)他給本科生開(kāi)了兩門(mén)課——《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》《智能系統(tǒng)與機(jī)器人》。每周兩節(jié)課，他需要兩到三個(gè)全天來(lái)備課：要反復(fù)推敲，保證內(nèi)容的準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性；要深入淺出，讓學(xué)生易懂；既要有基礎(chǔ)知識(shí)，也要有前沿研究，培養(yǎng)學(xué)生的興趣……他自豪“課講得還可以”。

從學(xué)生轉(zhuǎn)為老師，身份、狀態(tài)的改變給陳建宇帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。以前有老師“罩”著，有學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐帶著，做好自己的科研就行?，F(xiàn)在他需要承擔(dān)起比之前大得多的責(zé)任?？蒲猩?，他面臨著“世界級(jí)成果”的壓力和終生教軌的考核。除了自己做好科研外，還要確保學(xué)生也能做出科研成果；要花大量的時(shí)間去完成好教學(xué)工作；要做好育人工作，培養(yǎng)學(xué)生成為未來(lái)的優(yōu)秀科學(xué)家……他也是重視家庭的人，“隨著年齡增長(zhǎng)，家庭的事情也會(huì)越來(lái)越多，怎么平衡科研、教學(xué)、家庭之間的關(guān)系也是比較大的一個(gè)挑戰(zhàn)。”一個(gè)年輕人，正學(xué)著去應(yīng)對(duì)身上的各種責(zé)任。

2022年4月，陳建宇將滿30歲。他稱自己“勉強(qiáng)”做到三十而立，“無(wú)論事業(yè)還是家庭都剛剛起步，還有非常大的提升的空間”。下一個(gè)十年，他希望在領(lǐng)域內(nèi)做出一系列突出的貢獻(xiàn)，成為國(guó)際上知名的學(xué)者，并推動(dòng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的變革；希望培養(yǎng)出很多優(yōu)秀的年輕科學(xué)家，在科學(xué)領(lǐng)域綻放光彩。