在人工智慧、雲計算、大數據等技術的興起下,我國當前已經成為全球最大的智慧機器人消費市場,有著得天獨厚的基礎優勢。推動智慧機器人技術和產業快速發展更是被納入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》和《中國製造2025》等規劃。2017年,科技部推出了為期五年的"智慧機器人"重點專項計劃,幾年來已經為眾多相關項目提供了資助。鄭州大學很早就開始引導學生在智慧機器人領域的研究。2009年,為了進一步提高學生的科學研究、創新創業能力,學校信息工程學院成立了智慧機器人創新訓練基地(以下簡稱"基地"),面向全校本科生選拔優秀科創人才。
基地全年開放,為學生開展科創項目提供場地、設備、培訓課程及研發資金,並為參加科技競賽的學生提供參賽費。每年有來自全校10餘個理工科院(系)的150名學生在此學習、訓練、實踐和參加競賽。基地現設有水下機器人實驗室、服務機器人實驗室、雙足機器人實驗室、仿真機器人實驗室和競技機器人實驗室,獲得國家級以上科技競賽一等獎、金獎100餘項,擁有國家專利60餘項,完成國家級、省部級和校級創新創業項目200餘項,培養出一大批獲得"寶鋼教育獎"優秀學生特等獎、"河南省最美大學生"、全國"十佳創新之星——iCAN創業之星"等榮譽的優秀學子,已成為鄭州大學本科生科技創新工作的一面旗幟。
團結協作,共創榮譽
基地的科研工作涉及電子信息、自動控制、機械工程、傳感器與測試技術、計算機硬體及軟體、人工智慧等多個學科,因此,學科交叉、知識融合、技術集成是這裡日常工作的一大特徵。這一特徵要求每位成員都要不斷提高自身的綜合素質,努力成長為一專多長的複合型人才。為了解決一個難題,需要來自各個專業的成員運用各自所學相互配合、共同鑽研,在這種交流與碰撞中,成員們難免會遇到各種各樣的問題。由於基地歷來就有良好的溝通合作機制,同時注重成員的綜合能力培養,所以成員之間相互信任、相互幫助,整個團隊擰成一股繩,在困難面前能夠充分發揮集體的智慧和力量,攻克一個又一個技術難關。
雙足機器人實驗室包括體操組、NAO機器人組、籃球組、交叉窄足組4個組別。2019年4月17日,實驗室成員代表學校參加了RoboCup機器人世界盃中國賽足球機器人—標準平臺組的比賽,這是鄭州大學首次參加該項目的比賽。根據比賽規則,賽場上每個機器人隊員的"大腦"都需要與身體各個關節、其他4個機器人隊員以及裁判機器人之間時刻保持通信暢通,否則就會被紅牌罰下。針對這個問題,2016級的王政喬和成員們用一個月的時間開發了一個適用於NAO機器人的多線程通信技術,為賽場上機器人之間的信息暢通提供了穩定保障。之後,實驗室成員優化了NAO機器人的視覺識別系統,有效提升了機器人的識別能力。最終,鄭州大學獲得了季軍的好成績,在此項比賽中實現了零的突破。
競技機器人實驗室設計的"神象"擂臺機器人,在比賽中可以利用機身上的傳感器採集並記錄周圍環境的狀態,實現自主調節和控制,迅速而精準地攻擊對方機器人。在設計實驗時,經常出現機器人無法在規定距離內檢測到對方機器人的問題。這時,成員們就需要從機械設計、傳感器狀態、通信系統、編程算法等方面來檢測並查找出問題所在,過程繁瑣,工作量巨大,但成員們分工協作、耐心排查,及時發現並解決了問題。最終,"神象"系列機器人在2017年、2018年連續兩年斬獲中國機器人大賽一等獎。
傳承創新,人才輩出
已經走過11年曆程的智慧機器人創新訓練基地,在持續不斷的技術傳承和經驗積累中發展壯大,如今已經成為培養青年科技人才的搖籃。
一批又一批莘莘學子"站在巨人的肩膀上"開拓創新、奮勇前行,取得了一個又一個耀眼的成績:"第十四屆中國大學生年度人物",第12屆中國青少年科技創新獎、2020年寶鋼優秀學生特等獎獲得者王凱甬、2018年度"寶鋼教育獎"優秀學生特等獎獲得者曹朝陽、2017年度"寶鋼教育獎"優秀學生特等獎獲得者趙健壯、第一屆"河南省最美大學生"閆暢、鄭州市易酷航空科技有限公司總經理段向南……這些優秀的鄭大學子都曾在智慧機器人創新基地進行過學習、科研和實踐,他們所參加的每一次比賽、捧回的每一座獎盃,都是基地人才培養質量的有力證明。
基地的5個實驗室每年面向大一學生招新,為實驗室增添新生力量。換屆時,學長學姐會將已經完成的程序、往年的比賽視頻等資料交接給學弟學妹,並將編程技巧、參賽要點、團隊協作等經驗傳授給他們。
服務機器人實驗室建於2013年,由2013級學生組成的第一批團隊完成基礎建設工作, 2015級學生組成的第二批團隊在此基礎上開發出了手語識別和語音交互等機器人應用程式, 2016級學生組成的第三批團隊將該應用程式從Windows作業系統移植到了Ubuntu系統中,不僅實現了自主導航功能,而且還為機器人加入了人臉識別、物體識別等新的應用程式。在參加2018中國機器人大賽家庭服務機器人非限定項目時,15位評委中的13位都給鄭州大學服務機器人打出了最高分,鄭州大學代表隊以壓倒性的優勢獲得了該項目的冠軍;在2019亞太機器人世界盃天津國際邀請賽中,鄭州大學服務機器人更是戰勝了來自日本的上屆冠軍隊,成為了新一屆的冠軍。
嚴肅活潑,苦中作樂
每個實驗室都對成員進行了分組,如機械組、控制組、視覺組等組別,這些組別之間既有分工又有合作,建立了暢通高效的協同機制。在各個實驗室、各個組別之間頻繁的互動互助中,整個基地形成了一種既緊張又有序、既嚴肅又活潑的良好氛圍。
在雙足機器人實驗室,成員們每周都會抽出時間進行一次集體學習,共同探討關於機械設計和控制通信的科研難題。2017級的陸淼想要參加2018年iCAN國際創新創業大賽,但是始終無法攻克汽車防落水裝置項目的控制系統編程難題。得知此事,擅長編程的王政喬給她提供了幫助。陸淼說:"學長幫我解決了項目中最關鍵的難題,整個實驗室都是如此,不管誰遇到困難,其他成員都會及時給予幫助。"最終,陸淼的汽車防落水裝置項目獲得了2018年第十二屆iCAN國際創新創業大賽中國總決賽三等獎。
5個實驗室既相互獨立,又保持著密切的交流。雙足實驗室和仿真實驗室都有籃球機器人項目,不同的是,雙足實驗室是製作實物籃球機器人,仿真實驗室是在電腦上模擬仿真機器人籃球賽。兩個實驗室的成員時常就姿態控制和通信機制等方面的技術細節進行探討。當某個實驗室暫時缺少材料和工具的時候,就會向其他實驗室借用杜邦線、線圈、螺絲刀等工具。各個實驗室既有明確分工,又是一個不可分割的整體。
未來,智慧機器人創新基地的成員們將繼續秉承"求是 擔當"的校訓精神,在機器人研製與開發的道路上凝心聚力,銳意創新,用鄭大"智造"為學校一流大學建設增光添彩、為建設世界科技強國貢獻青春智慧和力量!
歡迎關注"鄭州大學招生辦公室"百家號,獲取關於國家"211工程"重點建設高校、一流大學建設高校——鄭州大學的精彩資訊!
本文部分素材來源:鄭州大學黨委宣傳部、科技部、鄭州大學校團委、天聚機器人、鄭州大學學生工作網、