為傳統(tǒng)學科領(lǐng)域插上新“翅膀”
——記北京理工大學無人機自主控制技術(shù)團隊
發(fā)布日期：2021-06-16 供稿：黨委宣傳部 哈楠 攝影：宇航學院
編輯：吳楠 審核：藺偉、龍騰 閱讀次數(shù)：【編者按】2021年是中國共產(chǎn)黨成立100周年，是實施“十四五”規(guī)劃,、開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程的第一年,。在全黨開展黨史學習教育之際,，黨委宣傳部特別推出“永遠跟黨走,、奮進新征程”專題報道，全面展現(xiàn)學校加強黨的領(lǐng)導黨的建設(shè)取得的成績,，生動講好北理工人的奮斗故事，廣泛凝聚學校事業(yè)發(fā)展的磅礴力量,，以優(yōu)異成績迎接中國共產(chǎn)黨百年華誕。
復雜地形巡檢,、園區(qū)安保、森林滅火,、礦洞勘察……小小的一架無人機，在無人機“魔術(shù)師”手中,，搖身一變,，不僅變出了多種多樣的用途，更為傳統(tǒng)學科領(lǐng)域變出一條全新的“大道坦途”,；不僅碩果累累,，更是走向國際舞臺。而這些技藝高超的“魔術(shù)師”就來自于北理工宇航學院無人機自主控制技術(shù)團隊,。
2021年“五一”勞動節(jié)前夕,，團隊帶頭人北理工宇航學院教授林德福榮獲北京市總工會頒發(fā)的“首都勞動獎?wù)隆薄?/p>
小小無人機，點燃傳統(tǒng)學科新活力
2020年8月,，北京市房山區(qū)某無人機試飛實驗場地內(nèi),，四個大型火點被點燃，“火場”瞬間熊熊燃燒起來,，執(zhí)勤無人機隨即發(fā)出警報,。遠處，由多架無人直升機組成的飛行編隊迅速起飛,，直撲“火場”,。無人機編隊飛臨火場正上方，精準定位,，保持合理高度,，開始向火點位置投放滅火彈、拋灑滅火液,，短短幾分鐘,，明火就被完全撲滅?！斑@個效果好,！”在場觀摩的專家、領(lǐng)導紛紛為無人機的滅火效果點贊。出色完成這次項目驗證任務(wù)的,，正是由林德福帶領(lǐng)的北理工無人機團隊與房山區(qū)科技企業(yè)共同研發(fā)的“無人機集群協(xié)同滅火系統(tǒng)”,。
無人集群協(xié)同滅火系統(tǒng)中的無人機與團隊研發(fā)的新型滅火彈
“我們研制的這套系統(tǒng)能夠在復雜環(huán)境下完成探測、感知,、決策,、處置的全流程閉環(huán)操作，通過精準分析環(huán)境信息,，計算滅火彈投放的最優(yōu)位置,，實現(xiàn)高效滅火，同時保障人員安全,?！闭勂鹱约旱目蒲谐晒瑹o人機自主控制技術(shù)北京市重點實驗室主任林德福自信滿滿,。
當前,，利用無人機等平臺，進行無人化,、集群化,、智能化控制似乎是個新潮的科技概念，但是在北理工這樣的研究卻有著深厚的學科基礎(chǔ),。上世紀80年代起,，北理工飛行器設(shè)計學科的首席教授祁載康就在國內(nèi)率先開展了無人飛行器在陸海空天各種場景下的精確制導與控制技術(shù)的科研攻關(guān),?！敖?jīng)過幾十年的發(fā)展，在國家重點領(lǐng)域的研究中,，北理工的飛行器設(shè)計學科已經(jīng)形成了領(lǐng)先優(yōu)勢,。然而，學科在不斷發(fā)展,，社會對科技需求也在不斷提升,，飛行器設(shè)計這個傳統(tǒng)學科如何能夠打開新的發(fā)展方向，形成新的增長點,，成為擺在我們面前的挑戰(zhàn),。”2014年以來,，作為學科的中青年骨干,，林德福始終在為“老樹發(fā)新芽”而不斷思考和探索。
此后,，林德福將目光逐漸聚焦到“無人機”這個迅速躥紅的“潮品”上,。林德福團隊充分利用團隊自身科研條件,，發(fā)揮學校學科優(yōu)勢，使機械,、信息,、計算機等學科在無人機領(lǐng)域中實現(xiàn)深度交叉融合發(fā)展，構(gòu)建了頗具北理工特色的無人智能系統(tǒng),。2017年,，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，林德福團隊更加明確了以人工智能與經(jīng)濟,、社會深度融合為主線的發(fā)展思路,，在“無人智群”和“系統(tǒng)工程”領(lǐng)域進一步深耕細作，走出了一條開放協(xié)同的人工智能創(chuàng)新發(fā)展之路,。“滅火彈的殼體采用了玉米淀粉做原料,，6至24個月便可在土壤中降解。滅火液則以植物蛋白提取液為添加劑,，可產(chǎn)生“微氣泡”隔絕空氣,，確保‘死灰不復燃’,。團隊為了避免環(huán)境污染，聯(lián)合企業(yè)創(chuàng)新性地研制出一種新型滅火裝置,?！闭勂稹皽缁饛棥保處煻析螆?qū)F隊的開放包容和交叉融合津津樂道,?！傲⒆銈鹘y(tǒng)學科優(yōu)勢，找到新的服務(wù)面向,，實現(xiàn)新發(fā)展,。”多年來,，林德福帶領(lǐng)團隊積極推進學科交叉融合,，走出了一條傳統(tǒng)學科創(chuàng)新發(fā)展的新路徑。
“替代人力,、解放人力,、增強人力是無人智能系統(tǒng)的核心使命，而且我們北理工科技工作者的使命,，就是要把科研成果書寫在祖國大地上,。”帶著這樣的使命,，林德福帶領(lǐng)團隊發(fā)揮科研優(yōu)勢,，在無人機高樓滅火、農(nóng)業(yè)植保、物流以及解決高海拔地區(qū)的作業(yè)能力等領(lǐng)域開展創(chuàng)新研究和成果轉(zhuǎn)化,。
2017年7月,，北京理工大學于阿聯(lián)酋哈里發(fā)科學技術(shù)大學簽訂共建聯(lián)合實驗室備忘錄
伴隨著團隊在無人機飛控領(lǐng)域形成明顯優(yōu)勢，林德福還帶領(lǐng)師生面向世界,，在世界科技舞臺嶄露頭角,，開啟合作。2017年7月,，北京理工大學-哈里發(fā)科學技術(shù)大學國際聯(lián)合實驗室建設(shè)協(xié)議正式簽署,。雙方將在農(nóng)業(yè)、氣候,、石油管線和海洋等領(lǐng)域,，聯(lián)合開展智慧農(nóng)業(yè)、海底石油管線巡檢,、海洋探查,、人機融合和無人駕駛等技術(shù)合作，并推動科技,、人才,、教育等方面的全方位合作。
“我們將努力打造智能無人領(lǐng)域的世界級科技創(chuàng)新平臺,，為國家‘一帶一路’戰(zhàn)略發(fā)展的提供有力支撐,，為‘一帶一路’沿線國家發(fā)展貢獻北理工智慧和中國力量?！绷值赂Ｕf,。
“飛鷹”翱翔，打造領(lǐng)軍人才培養(yǎng)特色模式
“北理飛鷹再奪世界冠軍,！”2020年2月,，正在全國人民萬眾一心抗擊新冠肺炎疫情的關(guān)鍵時期，一個振奮人心的消息,，在北理工人朋友圈中“刷屏”,。繼2017年之后，北理工“飛鷹”隊在由阿聯(lián)酋舉辦的MBZIRC2020大賽中再一次奪得“無人機協(xié)同空中自主奪球”項目冠軍,！
在國際賽場奪冠,，充分體現(xiàn)了林德福團隊在無人機飛控領(lǐng)域積累的技術(shù)優(yōu)勢?！百悎隹罩杏幸患軣o人機拖著一個黃色小球以‘8’字形軌跡自由飛行,，地面五跟桿子上放著用于干擾的自由飄動的氣球。參賽無人機要用最短時間自主追蹤目標并抓取黃色小球,，同時刺破干擾氣球,?！眻F隊教師、“飛鷹”隊技術(shù)負責人宋韜介紹道,?！耙瓿杀荣悾紫刃枰タ艘幌盗屑夹g(shù)難點,，如空中機動目標的自主識別與精準捕獲,、通信環(huán)境復雜情況下的信息處理、多無人機協(xié)同控制等,，而這些都是當前無人系統(tǒng)與人工智能領(lǐng)域前沿技術(shù)難題,，也是國家急需的應(yīng)用技術(shù)?！?/p>
“一個科研團隊為什么要屢次參加比賽,？”面對這樣的問題，林德福的回答堅定有力：“大學的使命是培養(yǎng)人才,，高水平競賽就是我們培養(yǎng)領(lǐng)軍人才的戰(zhàn)場,！”如何走出一條國際化人才培養(yǎng)之路，為國家重點領(lǐng)域培養(yǎng)具有解決關(guān)鍵“卡脖子”問題的行業(yè)領(lǐng)軍人才,，是林德福一直思考的問題,。2015年，一支學科交叉,、強基礎(chǔ),、重實踐、學緣結(jié)構(gòu)多元的學生科技創(chuàng)新團隊——“飛鷹”隊正式成立,。這就是林德福的答案。
此后,，“飛鷹”隊始終面向國家重大需求,，以高水平國際科技創(chuàng)新競賽為抓手，探索出了一條將“教學+科研+科創(chuàng)”與“學術(shù)+技術(shù)+產(chǎn)業(yè)”兩個鏈條交叉融合的“教研創(chuàng),、學技產(chǎn)”的“雙螺旋”高水平人才培養(yǎng)模式,。
“‘教研創(chuàng)’解決的是創(chuàng)新人才培養(yǎng)理論和實踐相結(jié)合的問題，‘學技產(chǎn)’回答的是培養(yǎng)人才的最終目標,?！绷值赂５摹半p螺旋”互為支撐，首尾相連,，為培養(yǎng)使命擔當,、追求卓越的領(lǐng)軍領(lǐng)導人才打下堅實基礎(chǔ)。
在“雙螺旋”中,，除了為學生們制定詳細的培養(yǎng)計劃,，林德福和團隊還找到了參加高水平科創(chuàng)競賽的實踐載體,。“學生參加科創(chuàng)比賽的意義絕不僅僅是獲獎,，而是以競賽為牽引,，驅(qū)動學生在最短的時間內(nèi)激發(fā)出團隊合作的意識，磨礪后墻不倒,、全力以赴的意志力,，鍛煉協(xié)調(diào)一切資源快速解決問題的能力，面對強手敢于亮劍的精神,。這些寶貴的精神品質(zhì)都是成為科研領(lǐng)域領(lǐng)軍人才所必須的,。”林德福說道,。
不僅如此,，團隊還著力培養(yǎng)學生家國情懷，帶領(lǐng)學生團隊深入基層,，積極服務(wù)國家脫貧攻堅戰(zhàn)略,，為貧困地區(qū)送去無人機集群與農(nóng)田精準管理的關(guān)鍵技術(shù)。學生們科技扶貧的身影遍布河北阜平,、山西呂梁,、福建浦城、吉林柳河,、山西方山等貧困地區(qū),。
“研究生期間，我不僅參與科研項目的研發(fā),，還將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于高水平國際競賽和科技扶貧,，能夠為國家貢獻自己的力量，我感到非常自豪,，也堅定了我科技報國的理想,。”團隊研究生,、“飛鷹”隊核心成員吳則良分享道,。
以高水平國際科研競賽和國家重大需求為牽引，凝練科學問題,，運用學科交叉和系統(tǒng)工程思維開展研究和技術(shù)攻關(guān),，并將科研成果轉(zhuǎn)化落地，服務(wù)國家重大需求和地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展,。這就是以“揭榜掛帥”機制為引領(lǐng)的“教-學-賽-研-用”五維一體科技領(lǐng)軍人才培養(yǎng)的“飛鷹”模式,。
“要有股精神”，“小團隊”凝聚“大合力”
“我的導師祁載康先生曾教導我,，搞科學研究要有科學,、嚴謹,、求真、務(wù)實的科學精神,，打造國之重器更要有視野,、有格局、有胸懷,、有情懷,。如今，我接過祁老師的接力棒,，在新的時代背景下,，重新詮釋這種精神，并將其傳承下去,?！绷值赂Ｕf。
打造“無人機自主控制世界頂級科技平臺”是林德福一直以來的愿望,，也是無人飛行器自主控制團隊開展科研攻關(guān)的著力點,，更是瞄準國家重大戰(zhàn)略需求，解決“卡脖子”問題的動力源點,。而這一不畏艱難,、矢志報國的強大信念，則源自以學科創(chuàng)始人祁載康先生為代表的“飛行器人”一代又一代的精神傳承,。
“我們團隊雖然人少,，但擁有強大的凝聚力和戰(zhàn)斗力、清晰的定位,、明確的目標和高度一致的價值認同,。正因如此，面對重大緊迫任務(wù)時,，我們才能夠迅速凝聚起強大合力,，共同應(yīng)對挑戰(zhàn)?！绷值赂＿@樣看待“小團隊”的“大合力”。
團隊二十多年如一日,，扎根一線,，矢志創(chuàng)新，以實際行動服務(wù)國際重大戰(zhàn)略需求,。2012年,，某國家重點項目遇到技術(shù)難題，經(jīng)過持續(xù)技術(shù)攻關(guān),，仍未完全解決,。企業(yè)負責人找到林德福團隊尋求幫助,，此時距離項目驗收僅剩三周時間。經(jīng)過技術(shù)研判,，團隊勇?lián)厝危?1天集中攻關(guān),，出色完成任務(wù)。在團隊科研經(jīng)歷中,，類似的事情還有很多,，然而短時間之內(nèi)，解決技術(shù)難題,，也并非偶然之舉,。經(jīng)過這次“拼命”，團隊收獲了與企業(yè)的長期合作,，更收獲了真摯友誼,。企業(yè)為林德福團隊所在的宇航學院設(shè)立獎學金，建立起穩(wěn)定的學生實訓基地,。校企雙方開啟了以研促教,、合作共贏、協(xié)同發(fā)展的校企合作新模式,。
正是因為團隊長期圍繞國家重大戰(zhàn)略需求的提前布局,，才能搶抓機遇乘風飛翔?！捌鸩诫A段,，沒有足夠的資金支持，但我們堅信研究方向是對的,，我們就自己干,。”團隊教師王偉說道,。沒有團隊的超前布局,，沒有三年的潛心攻關(guān)，就沒有“拼命”三周解決國家重大技術(shù)難題的壯舉,。
建設(shè)一支高水平的科研團隊,，人才是核心，人才的發(fā)展和團隊的發(fā)展,，相輔相成,、互為促進。如何把青年教師培養(yǎng)成領(lǐng)軍人才,，讓其在團隊中不斷獲得向前奔跑的動力,，這一直是林德福作為團隊帶頭人思考的重點。“學科要向國際化發(fā)展,，青年教師要首先實現(xiàn)國際化,。”為此,，團隊投入資源,，專項支持青年教師“走出去”。
“2016年團隊把我送去英國培養(yǎng),，回國后,，我依托實驗室平臺成功入選青年人才托舉工程計劃和國家創(chuàng)新人才計劃。我真正感到自己和團隊在共同成長,，感到團隊的向心力,。”團隊最年輕的教師何紹溟說,。
“使命擔當,、家國情懷、團結(jié)一致,、協(xié)同創(chuàng)新,、共同進步”，正是因為有了這樣的高度認同的團隊精神和文化,，林德福和團隊成員們才有了甘坐“冷板凳”的意志力,、厚積薄發(fā)一鳴驚人的爆發(fā)力、面對急難險重“不掉鏈子”的勇氣以及“1+1>2”的“戰(zhàn)斗合力”,。近年來,，團隊屢獲殊榮，獲得國家發(fā)明二等獎1項,，省部級科技獎勵5項,，實現(xiàn)了國家重點項目群技術(shù)水平的跨越式提升。
“未來團隊將繼續(xù)服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟社會發(fā)展,，潛心育人,，科教融合，推動創(chuàng)新型領(lǐng)軍領(lǐng)導人才培養(yǎng),，為人才強國戰(zhàn)略貢獻智慧和力量,！”林德福說。
