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从实验员到机器人学科带头人

浙大控制科学与工程学院熊蓉教授获全国五一巾帼奖章

发布时间:2017-03-03来源:浙大新闻办作者:吴雅兰 林思远浏览次数:4611

场上比分6:6,接下来由卡内基梅隆大学队踢点球,球在空中飞行的时候,每个人都摒住了呼吸,因为这个球很有可能决定冠军归属。

最终,球被浙大队的守门员扑了出来,浙江大学ZJUNlict队赢了!夺冠的那一瞬间,每个队员都在欢呼。

这是2013年荷兰机器人足球世界杯决赛的最后一球,也是这一球让中国机器人第一次站上了小型机器人足球世界杯赛的巅峰。

夺冠后队员们第一个想要拥抱与感谢的,就是他们的“教练”熊蓉老师。在男多女少的机器人研发领域中,熊蓉就像是一朵妩媚动人的芙蓉花静静绽放。自2002年以来,熊蓉带队参与各项重大国内外机器人赛事,共获得国家奖项20余项、国际奖项十余项,其中全国冠军奖项11项、世界冠军2项。同时她带领团队承担了多项国家重要课题,自主研制了在国内外有重要影响的乒乓球对打仿人机器人系统,相关技术推广应用于多种机器人产品。

谁能想到这样一位机器人方向学科带头人,最初只是一位普通的实验室老师。

图为熊蓉指导学生参加机器人比赛

敢啃硬骨头的实验员

1997年,计算机专业硕士毕业的熊蓉进入浙江大学工控所工作,承担工业控制技术国家重点实验室的日常运行和维护。那时候的她对于未来并没有考虑太多,跟几位同是实验员的老师一起整理编写资料、设计实验室网页、管理邮件服务器。

在出色地完成日常工作的同时,闲不下来的熊蓉总是问自己,还能做点什么。勤奋与聪颖让这位年轻人总能找到“额外”的活,跟着老师做课题,开发网页系统,她不断地给自己“加码”,在充分发挥她编程特长的同时,也不断开拓新的研究领地。

2000年,国内外一些高校开始举办机器人竞赛。熊蓉所在的实验室也计划开展机器人研发工作。实验室领导第一个就想到了主动好学、敢啃硬骨头的熊蓉。

熊蓉听了,眼睛一亮,尽管此前她对机械、电器这部分了解不多。年轻人怕什么?那时候机器人的书很少,她一有空就往图书馆跑,把能找到的资料、文献和专业论文都拿来看。

她还带着学生去全国各地调研。听说东北大学有一套自己做的足球机器人系统,熊蓉就去那里学习。那时,东北大学的机器人研制水平在全国高校位居前列。可是,当熊蓉看到这套做了两年的机器人系统连路都走不直,心里难免有些失望。“什么时候我们才能造出自己的机器人呢?”

回到学校,她和学生列出所有的问题,一个个讨论解决方案。虽然之前看了不少书,但理论和实际总是不一样,熊蓉时常感觉有些“抓瞎”。

此时,熊蓉的女儿在读幼儿园,正处于黏人的年龄,在浙大数学系工作的丈夫又常常不在家,熊蓉的家庭负担也不轻。有时候,女儿要她陪一会,熊蓉只好扔给女儿一本书,让她自己看去。

经过一年的不断设计、评估、测试,熊蓉和学生研制出了浙江大学第一代的FIRA足球机器人。机器人研发工作给熊蓉打开了一扇窗。而随着难度的升级,她也越发感觉到了“本领恐慌”。2004年,熊蓉结合国际前沿研究,决定选择自主移动机器人地图构建以及定位导航技术作为研究课题,并开始攻读博士学位。

她白天忙着处理实验室各项事务,晚上阅读文献、研究课题。一年365天,寒来暑往始终如一。刚刚上学的女儿只好全部交给父母照料。再到后来,熊蓉的丈夫主动减少了出差访问交流的次数,在家烧饭管孩子。

为“海宝”嚎啕大哭的工作狂

在浙大玉泉校区的一间实验室里,一场乒乓球赛正在热闹进行。不过比赛的主角不是人,而是两个几乎长得一模一样的机器人“悟”、“空”。只见“悟”拿起乒乓球,向“空”发了过去。“空”抡起球拍,立刻把球回了过来。他们时而正拍,时而反拍,有板有眼地回着每一个球。这两个机器人正是熊蓉团队的代表作之一。

2008年,浙大牵头和几家单位合作承担科技部863重点课题“仿人机器人感知控制高性能单元与系统”,熊蓉是浙大方面的负责人。这对她来说,既是机遇,也是挑战,因为“全都是难点”。

比如,设计目标要达到每小时1公里的速度,可是最开始做出来的机器人每小时只能走0.5公里。怎么办?熊蓉找国外的机器人视频来研究,最终设计了一条把整个技术关键环节都串联起来的路线。

为了机器人脚底下的一块胶皮,熊蓉和学生们到市场上买不同的材料来试验,试了两三个月才找到最合适的胶皮。

最终历时4年多研制的“悟”、“空”集成了机器人领域的诸多先进技术:身躯采用了高强度轻质材料加工工艺,全身有30个关节,仅手臂就能做7个自由度的运动。

短短几年中,熊蓉主持研制了多套具有国内领先、国际先进水平的机器人系统,其中60cm小型双足仿人机器人,步行速度可达1.08km/h,具有自主视觉认知、决策协作等能力,在全国机器人大赛上屡次夺冠,并成为中国大陆唯一进入该类机器人国际前八的机器人系统。

在这么多机器人中,最让熊蓉揪心的是上海世博会的“海宝”。要在短短五个月的研发时间里,完成兼具拟人交互、定位导航、视觉环境感知等功能的37台专用智能服务机器人,难度可想而知。研发工作从早到晚没有停歇,而她同时忙的还有另一个仿人机器人项目和自己的博士毕业论文。“有段时间感觉快要撑不住了。我母亲让我睡一会,可是我在床上躺了10分钟又起来了,实在是不能停下来啊。”

2010年3月,拥有自主知识产权、凝聚着浙大人心血的第一台“海宝”智能服务机器人在上海亮相,成为在世博会舞台上展现中国自主创新能力的又一亮点。

可是,还不能松口气。当年4月,“海宝”要在一次演唱会上跳《辣妹子》。舞台有十几米高,地上搭的木板又是软的,因为外壳加工精度不高的原因,“海宝”跳舞的时候经常会“卡壳”,总是要不断检修。

“离演唱会还有2天的时候,我们准备的5个‘海宝’中有4个手臂都出现了问题。我回到宾馆房间,急得嚎啕大哭。”哭累了,睡着了,醒来继续干。幸好之后的检修非常顺利,“海宝”的演出大获成功。

也许是多少年没有这样痛哭过了,熊蓉记忆犹新。不过,熊蓉的同事们记得的是另一件事,熊蓉这个工作狂病倒了。“她发烧发得很厉害,一副病歪歪的样子,可是还跟我们熬夜到凌晨三四点。”

说到此事,熊蓉却一脸茫然,“不记得了。”

不敢直视学生比赛的名教头

熊蓉不仅自己做机器人,还带着学生一起“玩”。

早在2001年,熊蓉团队就和本科生院合作建立了机器人科教实践基地。之后,在相关部门支持下,她又组织起了浙江大学本科生机器人竞赛,为不同年级不同专业的学生开设不同的机器人相关课程。辅导竞赛、帮助学生完成项目,成为熊蓉开展机器人技术教学的重要工作内容。仅2009-2013期间,共有2500余名学生参与了各类机器人教学与实践活动,其中,外系学生有2150余名。

熊蓉的名声也越来越大。后来的冠军队成员吴珺就是冲着她来的。当时就读于控制系大二的她看到浙大机器人夺冠的新闻便下定决心加入了小型组足球队。在足球队的两年里,她与来自全校各个专业的本科生一起在熊蓉的指导下进行足球机器人的研发,并参加了2014年的世界杯,成功卫冕。

在吴珺眼中,熊蓉是个“拼命三娘”。“每次晚上离开实验室,抬头看看熊老师的办公室,总是亮着灯,熊老师经常也会在凌晨时间回复我们邮件。”

西雅图的亚马逊抓取机器人比赛开幕前夕,胡晋和他的队友们都手忙脚乱,因为他们的电机由于固定不牢脱落了,这意味着他们的机器人将损失超过一半的运动能力,大家都急疯了。而熊蓉却十分冷静,组织同学们一起头脑风暴想办法解决这个问题。“多亏有熊老师稳定军心,与我们一起讨论、想出办法,并组织大家购买材料一起动手解决了这个问题”,如今已是博士四年级学生的胡晋回忆道,“那天我们大概忙到凌晨,熊老师陪着我们一起熬夜。”

也许,学生们不知道的是,每次比赛的时候,熊蓉看似平静,其实内心也十分紧张,所以总是故意跑到别的比赛场地去,“我怕学生看到我紧张就更紧张了,只好从远处或者背后偷偷地瞄几眼。”

“现在熊老师依旧在工作上十分拼,经常在深夜时分还与我在微信上讨论着课题。”王越在熊蓉的指导下获得了硕士、博士学位,如今已是博士后的他在熊蓉的耳濡目染下决定继续从事机器人技术的科研工作,“熊老师教给了我分析、解决问题的勇气和方法。当然,还有坚持自己的梦想。”

虽然获得了诸多荣誉,熊蓉没有丝毫的松懈。“在研发机器人的过程中,我们深刻认识到,我国和发达国家还存在着较大差距。”她说,机器人科技发展水平已经成为衡量一国科技创新能力的重要标志,而机器人的更新换代又非常快,不进则退,“要想打造出更多更好‘中国芯’机器人,我们还要持之以恒地努力。”

人物名片

熊蓉,浙江大学控制科学与工程学院教授、博士生导师,智能系统与控制研究所机器人团队负责人、科技部智能机器人重点专项专家组专家、浙江省151人才工程第一层次人员。研究方向为自主移动机器人的感知与控制。承担国家自然科学基金项目5项、863课题4项、浙江省重点科技创新团队1项,已发表SCI/EI论文50余篇,授权国家发明专利28项、美国发明专利1项,作为第一获奖人获2013年浙江省科学技术奖一等奖、2014年浙江省教学成果奖一等奖,并获2017年全国五一巾帼奖章。