2019年12月15日
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唐开强:六年专注“蜘蛛侠”

第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛展位前,一款“六足机器人”引来不少高校观摩老师驻足。

它和其他机器人有哪些区别?项目本身优势在哪?目前研究成果如何?来自南京大学的唐开强和他的团队成员一一向大家介绍。

付诸行动梦想一步步靠近现实

凭借“基于迁移强化学习的全地形自适应技术——以六足机器人为例”项目,首次参加“挑战杯”的唐开强直击总决赛。

项目展示现场,酷似大蜘蛛的机器人走梅花桩、在木块搭成的“陡峭地带”行进,看起来轻而易举。背后,却是唐开强和团队成员长达6年的坚持和不断探索。

目前正在读研三的唐开强喜欢称自己是——追逐机器人梦想的年轻人。“自从开始接触机器人,和一个个小零件打交道,我发现,那些在别人眼里不切实际的梦想,似乎越来越清晰了。”

从2012年至今,这个来自四川的小伙子多次回到蜀地走访调研,脚步遍及绵阳、北川10余个受灾村庄。

既然地震等自然灾害的发生无法控制,能否在灾后救援中为生命争取更多希望?结合自己的专业,他开始思考研发一款高效的救灾机器人。

“在军用物资运输领域波士顿动力的四足大狗机器人已成为业界标杆,在服务领域日本阿西莫的两足机器人多次惊艳世界,但在国际上,六足机器人目前仍属空白。”唐开强想有所突破。

电影《蜘蛛侠》中的Spiderman让他更坚定了梦想——要研制出能够给大家带来安全感的救灾机器人。

最开始,因为机器人外形和机械结构的制作需要进行仿生学研究,唐开强和队友曾一起去抓蜘蛛、螃蟹,再用高速摄像机拍摄记录蜘蛛螃蟹每条腿的长度比例、粗细以及它的运动状态。“夏天经常会被各种蚊虫叮咬,但是现在回想起来,却是一段珍贵的经历。”

通过三维建模和力学仿真分析,他们从蜘蛛和螃蟹的行走方式中获取机械结构和运动学设计,从人脑神经中枢的运作模式中借鉴控制算法和驱动模式设计,完成结构设计,制作出机器人的样机,并逐渐形成了完善的机器人救援队。

2017年10月,作为机器人救援领域的前沿科技代表,团队受邀参加了联合国国际减灾日展演。

从梦想萌芽到落地生根、开花结果,唐开强觉得,自己正向机器人梦想一步步靠近。

筑梦路上学校护航

六足机器人“肌肉发达”,运动灵活、可靠性高,但却头脑“简单”。要想提高这款机器人的“智商”,就必须解决全局导航、落脚点选择与避障、计算效率等关键性问题。

唐开强分析,虽然机器学习算法近年来突破惊人,有可能用于解决这三个问题,但即使强大如AlphaGo这样的算法,也只能解决19×19围棋盘内的问题。机器学习算法在开放、复杂的环境中该如何控制实际物理系统?

难!但是唐开强敢于“挑战”。

在唐开强的背后,不仅有团队成员、项目指导的老师,还有学校对他们团队项目进行评估后提供的专门实验室和相应的资金。

“学校团委老师还会帮我们协调一些专业之外的事务。”机器人研发道路上,唐开强感谢学校和老师的一路护航,“南京大学在机器学习、机器人智能控制这方面做的非常好,南京大学工程管理学院和双创办也给予了我们机器人项目大力的支持和帮助。我们在导师陈春林教授的指导下,利用人工智能算法,实现多足机器人自主运动步态规划。”

“每当我们遇到困难,老师们都非常耐心地给我们专业指导。”唐开强记得,让大家特别意外的是,项目推进中遇到难题,大家都找不到有效解决办法,就尝试着给校长吕建发邮件,寻求他的帮助。

“他是我们非常仰慕和喜爱的计算机领域专家、院士。”唐开强坦言,最初也没抱太大希望,校长工作那么忙,不一定有时间回复,没想到,团队不但收到了邮件回复,校长还专门找了一个下午,和团队成员面对面交流。

设计PCB电路板的时候,团队经验不足,探索陷入瓶颈期,尝试了不少方法,电路板还是烧了不少次。不管是用学校支持的科研经费还是自己的奖学金购置实验材料,唐开强都很感谢学校的包容,“给了学生做科研的试错机会。”

把论文写在祖国大地上

站在“挑战杯”全国总决赛赛场,唐开强和团队成员回顾起项目取得的突破。

这些年,在“蜘蛛侠”的研发中,团队已申请7项发明专利、5项相关专利,围绕课题,团队成员发表论文5篇。

对于任何一名在校大学生来说,这都是难得的学术成果。但是,唐开强觉得,新时代的青年,做学术就一定要像习近平总书记说的那样,“要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。”

2017年5月,蜘蛛侠从全球2075个方案中脱颖而出,获联合国“极·致未来”责任创新挑战赛杰出方案奖。

研究不仅在理论方面取得进展,“蜘蛛侠”也从纸面设计变成了可操作的实物,“挑战”却并未止步。

为了能够将“蜘蛛侠”推向市场,真正为灾害救援贡献一份力量,唐开强和小伙伴们注册成立了南京蜘蛛侠智能机器人有限公司。在已公开的相关研究中,他们利用人工智能算法,在国内外首次实现六足机器人自主走梅花桩。同时还推出大型重载、中型两栖机器人和小型侦查机器人等面向应用场景的产品,已逐步形成针对政府、企业和普通消费者的多种解决方案。