張鈸：中國人工智能泰斗

無人駕駛、人臉識別、智能家居……如今，人工智能已融入千行百業(yè)，小到居家出行、大到制造研發(fā)，智能經(jīng)濟(jì)給生產(chǎn)生活帶來深刻變革。

早在40多年前，中國人工智能領(lǐng)域泰斗級專家、清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授、中國科學(xué)院院士張鈸就開始投身人工智能領(lǐng)域研究，他發(fā)表了中國第一篇人工智能領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文、獲得中國在人工智能領(lǐng)域的第一個(gè)國際重要獎(jiǎng)項(xiàng)、組建中國第一個(gè)人工智能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室……由此樹立起中國人工智能發(fā)展的一個(gè)個(gè)里程碑，推動(dòng)中國在此領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)步。

闖入未知領(lǐng)域

1956年國際上誕生了“人工智能”一詞。達(dá)特茅斯夏季研究項(xiàng)目提出符號AI的基本思路，紐維爾、西蒙等研究者提出物理符號系統(tǒng)假設(shè)，最終形成了基于知識和經(jīng)驗(yàn)的符號推理模型，即知識驅(qū)動(dòng)模型。

人工智能研究開展伊始，希望機(jī)器能像人類一樣思考，是AI創(chuàng)始者們最樸素的期待。回想起人工智能的誕生，張鈸說：“我們解決很多問題都靠理性思考，所以最初就想讓機(jī)器模擬人類的思考行為。”

張鈸介紹，符號AI，也就是第一代人工智能，只適用于完成信息比較完全、不確定性較小的工作，如：調(diào)度、規(guī)劃、診斷等。以下國際象棋為例，下棋屬于一種“完全信息博弈”行為，信息是完全確定的，要素與規(guī)則都固定且有限，這類工作第一代人工智能可以做得很好。但是第一代人工智能在面對不確定性較強(qiáng)的情況時(shí)明顯不那么好用，如戰(zhàn)爭環(huán)境下的決策，人工智能難以辨別信息的真?zhèn)?，更無法進(jìn)一步生成成功的指令。此外，第一代人工智能的知識獲取依賴于人工，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，很多問題有待進(jìn)一步解決。

1978年12月，黨的十一屆三中全會(huì)召開，開啟了改革開放歷史新時(shí)期。全會(huì)明確提出：“在自力更生的基礎(chǔ)上積極發(fā)展同世界各國平等互利的經(jīng)濟(jì)合作，努力采用世界先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備”。

隨著國門打開，國際科技合作與交流興起，張鈸獲得了與國際同行交往的機(jī)會(huì)。1980年初，張鈸赴美訪學(xué)，到達(dá)了伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校。然而，他在與外國同行交流中感到一種說不出的尷尬和郁悶。外國研究者對于這批來自中國大陸已到中年的訪問學(xué)者的學(xué)識與能力抱懷疑的態(tài)度。張鈸很受刺激，立志讓中國在人工智能領(lǐng)域奮起直追，迎頭趕上國際先進(jìn)水平，贏得外國同行的尊敬。

做人工智能，最重要的是選題能否“押對寶”。在第一代人工智能的理論研究中有推理、搜索和規(guī)劃等方向，張鈸從事的第一項(xiàng)研究是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。當(dāng)時(shí)，對于機(jī)器人躲避障礙的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，國際上流行的方法是根據(jù)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的形狀和尺寸，把原來帶有障礙的空間從三維變換為更高維的空間，而機(jī)械臂本身縮成一個(gè)點(diǎn)。這樣機(jī)械臂在障礙空間中的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，變成高維空間中的路徑搜索，當(dāng)空間的維數(shù)很高時(shí)，比如6、7維，則存在搜索運(yùn)算量極大的弊端。

對此問題，張鈸率先發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)與人工智能結(jié)合的廣闊前景。于是，他與弟弟張鈴展開合作。張鈴學(xué)數(shù)學(xué)出身，當(dāng)時(shí)尚在安徽任教。兄弟倆選擇在人工智能研究中引入數(shù)學(xué)工具—拓?fù)淅碚摗Ｍㄟ^對高維空間進(jìn)行拓?fù)渥儞Q，將復(fù)雜的空間變換為一個(gè)簡單的拓?fù)淇臻g（二維網(wǎng)絡(luò)）。在此思想基礎(chǔ)上，他們提出了全新的基于拓?fù)涞臋C(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，大大降低了計(jì)算復(fù)雜性。這一獨(dú)創(chuàng)性研究，讓他們在國際舞臺上引領(lǐng)了人工智能研究方法的創(chuàng)新。

經(jīng)過約一年時(shí)間，他們聯(lián)手完成了一篇人工智能領(lǐng)域的論文《機(jī)器臂在障礙物之間的無碰撞路徑規(guī)劃》，后來成功發(fā)表于人工智能領(lǐng)域頂級國際期刊《IEEETrans. on PAMI》，引起了國際同行的高度關(guān)注，實(shí)際上這也是中國科學(xué)家在人工智能領(lǐng)域頂刊發(fā)表的第一篇學(xué)術(shù)論文。這讓張鈸等中國學(xué)人頗為揚(yáng)眉吐氣，也增強(qiáng)了他為中國人工智能發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)的信心和決心。

建設(shè)中國人工智能

從選擇“人工智能與智能控制”作為新的教學(xué)與科研方向，迄今已過40余載的光陰。張鈸建設(shè)中國人工智能的歷程，曲折繁瑣，經(jīng)歷過“冬天”，也見證過機(jī)遇。

1982年初，張鈸結(jié)束訪學(xué)回國，著手進(jìn)一步開拓人工智能研究。為了解產(chǎn)業(yè)界對人工智能技術(shù)的需求，更好促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化，張鈸與其他科研人員一起深入從西南到東北的很多工廠調(diào)研，形成了基本判斷：機(jī)器人將來會(huì)成為國內(nèi)一項(xiàng)重大需求。

1984年，張鈸開始籌建中國第一個(gè)智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。這一方向與國家的需求高度融合。1986年，國家制定了“863”高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，其中就包含了智能機(jī)器人主題。

要研究機(jī)器人，就必須要有機(jī)械臂。機(jī)械臂是高精度、高度非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，是人工智能在工業(yè)應(yīng)用的典型。但由于技術(shù)保護(hù)原因，當(dāng)時(shí)的機(jī)械臂不允許直接賣給中國人，價(jià)格也十分昂貴，達(dá)到19萬人民幣。

為此，張鈸與同事們多方奔走、籌措經(jīng)費(fèi)，聯(lián)系國內(nèi)外相關(guān)廠家，進(jìn)行洽談協(xié)商。最后，張鈸與同事通過福建從香港進(jìn)貨。他回憶說：“當(dāng)我知道機(jī)器臂已經(jīng)裝上飛機(jī)，正在飛往北京時(shí)，那種興奮真的難以言表?！睓C(jī)械臂運(yùn)抵北京后，張鈸親自跟車到機(jī)場“迎接”，直到搬運(yùn)、裝車、運(yùn)抵清華園，他才終于松了一口氣。

沒有說明書，也沒有任何經(jīng)驗(yàn)調(diào)試設(shè)備。還記得有一天夜里機(jī)器人撞在桌子上動(dòng)不了，老師們嚇壞了，找張鈸來解決，最終發(fā)現(xiàn)是因機(jī)器撞到桌子上保護(hù)鍵起了保護(hù)作用。雖是虛驚一場，但足以看出設(shè)備之珍貴，資金之緊張。

1987年，張鈸與團(tuán)隊(duì)又開始籌建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，名為“智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。

然而，正在張鈸等學(xué)者奮力追趕的時(shí)候，人工智能卻遇到了低谷期。受到算法、計(jì)算機(jī)算力等原因的限制，人工智能的“冬天”降臨， 出現(xiàn)越來越多的質(zhì)疑。幾乎同時(shí)，國外很多研究機(jī)構(gòu)紛紛停止了該方向的研究工作。在這樣的大背景下，國內(nèi)一些高校也都很難繼續(xù)該領(lǐng)域的工作。當(dāng)時(shí)，張鈸的團(tuán)隊(duì)也面臨著巨大的壓力，但是外界的這些聲音并沒有影響到他的決心，在許多人開始轉(zhuǎn)行時(shí)，張鈸初心不改，迎難而上。他猶如一個(gè)“旗手”，帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)在困難、狂熱抑或浮躁中保持冷靜，砥礪前行。

人工智能領(lǐng)域碩果累累

憑借改革開放的良好環(huán)境與中國崛起的機(jī)遇，經(jīng)過不懈努力，張鈸的團(tuán)隊(duì)不僅堅(jiān)持下來，而且取得了良好的發(fā)展，在人工智能領(lǐng)域創(chuàng)造了多項(xiàng)全國第一。張鈸也在人工智能領(lǐng)域碩果累累，大大小小的榮譽(yù)數(shù)不勝數(shù)。

1987-1994年，張鈸出任國家“863計(jì)劃”即高技術(shù)計(jì)劃智能機(jī)器人主題專家組專家，承擔(dān)國家重點(diǎn)攻關(guān)課題；1990年獲得在國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中做出重要貢獻(xiàn)先進(jìn)工作者稱號；1994年在慶祝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)十周年大會(huì)上獲個(gè)人金牛獎(jiǎng)，以表彰他對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的突出貢獻(xiàn)。

1994年，張鈸當(dāng)選為俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士。1995年11月3日，張鈸當(dāng)選為中國科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部院士。對此重大殊榮，張鈸卻說，“我們不能拿院士這樣的頭銜來嚇唬人，也并不是說當(dāng)了院士就可以高傲自大了，科學(xué)研究是永無止境的，我要做的事情還很多?！?/p>

2018年，在人工智能領(lǐng)域受到全世界廣泛關(guān)注的形勢下，張鈸前瞻性地提出了要將清華大學(xué)與人工智能有聯(lián)系的相關(guān)院系整合起來，成立清華大學(xué)人工智能研究院。于是，人工智能研究院組織了清華大學(xué)內(nèi)的18個(gè)學(xué)院或系共同參與建設(shè)，其中不但包括了計(jì)算機(jī)系、電子系、自動(dòng)化系、精密儀器系等理工科院系，也有與社會(huì)科學(xué)、心理學(xué)相關(guān)的院系。2018年6月28日，清華大學(xué)人工智能研究院成立，83歲的張鈸擔(dān)任研究院首任院長。

黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央把發(fā)展人工智能提升到戰(zhàn)略高度，習(xí)近平總書記圍繞加快發(fā)展人工智能、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展發(fā)表了一系列重要論述。中國人工智能行業(yè)受到各級政府的高度重視和國家產(chǎn)業(yè)政策的重點(diǎn)支持，國家陸續(xù)出臺了多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)人工智能行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新。

現(xiàn)在，清華大學(xué)人工智能研究院下設(shè)10個(gè)研究中心，涵蓋了人工智能的大模型研究、視覺研究、自然語言處理、智能機(jī)器人、人工智能基礎(chǔ)研究等各個(gè)方面。從發(fā)表的高檔論文數(shù)量而言，已居世界前二。

在張鈸和計(jì)算機(jī)系老師們的共同努力下，清華大學(xué)在全球最權(quán)威的計(jì)算機(jī)科學(xué)排名CS Rankings上常年位居前列，2022年位列全球第二，超過了麻省理工學(xué)院、斯坦福、普林斯頓等高校；而在張鈸主攻的人工智能方向上，清華大學(xué)常年排在全球首位。

但對于這樣的成績，張鈸仍有清醒的認(rèn)識，雖然清華大學(xué)在個(gè)別方面成績非常出色，但在更多的領(lǐng)域中仍處于追趕者的角色。這也一定程度上反映了中國和國際最高水平仍有差距，而張鈸尤其指出需要在基礎(chǔ)理論上下功夫。他認(rèn)為：“如果中國要在這個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)跑，是要有理論作為支撐的，理論上的突破才能形成優(yōu)勢”。因此，清華大學(xué)并不隨波逐流，而是在理論研究上尋求突破，張鈸退休之后仍繼續(xù)參與到理論研究的探索中。

科技創(chuàng)新永無止境

杏壇六十余載，回顧自己的教師生涯，張鈸認(rèn)為最令他感到自豪的并不是做出的科研成果，也不是建成的實(shí)驗(yàn)基地，而是為國家培養(yǎng)出一批批優(yōu)秀的人才。

1988年6月，張鈸培養(yǎng)的中國人工智能領(lǐng)域的第一個(gè)博士生畢業(yè)。此后，張鈸培養(yǎng)的人工智能領(lǐng)域博士生共接近90名，如今已是四代博士同堂。

作為一名教師，如何在高校的學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)中發(fā)揮應(yīng)有的作用？張鈸的回答是“行勝于言”，發(fā)揮自身的表率作用?！笆紫刃枰覀冋J(rèn)真地去對待每一件事，比如每一堂課、每一次報(bào)告，甚至?xí)h上的發(fā)言，我總是經(jīng)過認(rèn)真思考和準(zhǔn)備，力求做到言之有物，讓聽眾有所收獲；還需要堅(jiān)持奮斗在教學(xué)與科研的第一線，不斷向周圍老師和學(xué)生學(xué)習(xí)，這樣才有可能跟上時(shí)代的步伐，為人師表?！?/p>

“雖然退休了，但我沒有休息的計(jì)劃。”“80歲以后，除了沒有開車，我其他所有事情照辦。”……已至耄耋之年的張鈸院士，展現(xiàn)出的是蓬勃的生命力。

不久前，張鈸院士迎來了89歲生日，談及如何保持身體與思維的敏捷，他的秘訣是保持童心、保持好奇心，他認(rèn)為只要做到這一點(diǎn)，就可以活得和年輕人一樣。

在未來的規(guī)劃里，張鈸給自己設(shè)定了三個(gè)目標(biāo)，讓清華大學(xué)在人工智能基礎(chǔ)理論研究上達(dá)到世界一流水平、做一個(gè)屬于機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)、做智慧醫(yī)療……年齡、歲月無法阻擋他醉心一生的科研之路。

張鈸認(rèn)為，通過人工智能可以減少工作時(shí)間、提升工作質(zhì)量、協(xié)助解決社會(huì)難題，人工智能將會(huì)提升人類整體的幸福感，“我搞人工智能的目的就是為了讓人類更加幸?！薄?/p>