為傳統(tǒng)學(xué)科領(lǐng)域插上新“翅膀”
——記北京理工大學(xué)無人機(jī)自主控制技術(shù)團(tuán)隊(duì)
發(fā)布日期：2021-06-16 供稿：黨委宣傳部 哈楠 攝影：宇航學(xué)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(shí)施“十四五”規(guī)劃,、開啟全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家新征程的第一年。在全黨開展黨史學(xué)習(xí)教育之際,，黨委宣傳部特別推出“永遠(yuǎn)跟黨走、奮進(jìn)新征程”專題報(bào)道,，全面展現(xiàn)學(xué)校加強(qiáng)黨的領(lǐng)導(dǎo)黨的建設(shè)取得的成績,，生動(dòng)講好北理工人的奮斗故事，廣泛凝聚學(xué)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(fù)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(jī),，在無人機(jī)“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(xué)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(tái),。而這些技藝高超的“魔術(shù)師”就來自于北理工宇航學(xué)院無人機(jī)自主控制技術(shù)團(tuán)隊(duì),。
2021年“五一”勞動(dòng)節(jié)前夕，團(tuán)隊(duì)帶頭人北理工宇航學(xué)院教授林德福榮獲北京市總工會(huì)頒發(fā)的“首都勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆薄?/p>
小小無人機(jī),，點(diǎn)燃傳統(tǒng)學(xué)科新活力
2020年8月,，北京市房山區(qū)某無人機(jī)試飛實(shí)驗(yàn)場地內(nèi)，四個(gè)大型火點(diǎn)被點(diǎn)燃,，“火場”瞬間熊熊燃燒起來,，執(zhí)勤無人機(jī)隨即發(fā)出警報(bào)。遠(yuǎn)處,，由多架無人直升機(jī)組成的飛行編隊(duì)迅速起飛,，直撲“火場”。無人機(jī)編隊(duì)飛臨火場正上方,，精準(zhǔn)定位,，保持合理高度，開始向火點(diǎn)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(gè)效果好,！”在場觀摩的專家、領(lǐng)導(dǎo)紛紛為無人機(jī)的滅火效果點(diǎn)贊,。出色完成這次項(xiàng)目驗(yàn)證任務(wù)的,，正是由林德福帶領(lǐng)的北理工無人機(jī)團(tuán)隊(duì)與房山區(qū)科技企業(yè)共同研發(fā)的“無人機(jī)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(jī)與團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型滅火彈
“我們研制的這套系統(tǒng)能夠在復(fù)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(zhǔn)分析環(huán)境信息,，計(jì)算滅火彈投放的最優(yōu)位置，實(shí)現(xiàn)高效滅火,，同時(shí)保障人員安全,。”談起自己的科研成果,，無人機(jī)自主控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任林德福自信滿滿,。
當(dāng)前，利用無人機(jī)等平臺(tái),，進(jìn)行無人化,、集群化、智能化控制似乎是個(gè)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(xué)科基礎(chǔ),。上世紀(jì)80年代起，北理工飛行器設(shè)計(jì)學(xué)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?？仗旄鞣N場景下的精確制導(dǎo)與控制技術(shù)的科研攻關(guān),。“經(jīng)過幾十年的發(fā)展,，在國家重點(diǎn)領(lǐng)域的研究中,，北理工的飛行器設(shè)計(jì)學(xué)科已經(jīng)形成了領(lǐng)先優(yōu)勢。然而,，學(xué)科在不斷發(fā)展,，社會(huì)對科技需求也在不斷提升，飛行器設(shè)計(jì)這個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科如何能夠打開新的發(fā)展方向,，形成新的增長點(diǎn),，成為擺在我們面前的挑戰(zhàn),。”2014年以來,，作為學(xué)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(jī)”這個(gè)迅速躥紅的“潮品”上,。林德福團(tuán)隊(duì)充分利用團(tuán)隊(duì)自身科研條件，發(fā)揮學(xué)校學(xué)科優(yōu)勢,，使機(jī)械,、信息、計(jì)算機(jī)等學(xué)科在無人機(jī)領(lǐng)域中實(shí)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(tuán)隊(duì)更加明確了以人工智能與經(jīng)濟(jì),、社會(huì)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(jìn)一步深耕細(xì)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(gè)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?！阑也粡?fù)燃’。團(tuán)隊(duì)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,。”談起“滅火彈”,，教師段鑫堯?qū)F(tuán)隊(duì)的開放包容和交叉融合津津樂道,。“立足傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢,，找到新的服務(wù)面向,，實(shí)現(xiàn)新發(fā)展?！倍嗄陙?，林德福帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)積極推進(jìn)學(xué)科交叉融合，走出了一條傳統(tǒng)學(xué)科創(chuàng)新發(fā)展的新路徑,。
“替代人力,、解放人力,、增強(qiáng)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(tuán)隊(duì)發(fā)揮科研優(yōu)勢,，在無人機(jī)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(xué)于阿聯(lián)酋哈里發(fā)科學(xué)技術(shù)大學(xué)簽訂共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室備忘錄
伴隨著團(tuán)隊(duì)在無人機(jī)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(tái)嶄露頭角，開啟合作,。2017年7月,，北京理工大學(xué)-哈里發(fā)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)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(jī)融合和無人駕駛等技術(shù)合作,，并推動(dòng)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(tái),，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(xiàn)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(shí)期,，一個(gè)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(duì)在由阿聯(lián)酋舉辦的MBZIRC2020大賽中再一次奪得“無人機(jī)協(xié)同空中自主奪球”項(xiàng)目冠軍,！
在國際賽場奪冠,，充分體現(xiàn)了林德福團(tuán)隊(duì)在無人機(jī)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(jī)拖著一個(gè)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(dòng)的氣球。參賽無人機(jī)要用最短時(shí)間自主追蹤目標(biāo)并抓取黃色小球,，同時(shí)刺破干擾氣球,。”團(tuán)隊(duì)教師,、“飛鷹”隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人宋韜介紹道,。“要完成比賽,，首先需要攻克一系列技術(shù)難點(diǎn),，如空中機(jī)動(dòng)目標(biāo)的自主識別與精準(zhǔn)捕獲、通信環(huán)境復(fù)雜情況下的信息處理,、多無人機(jī)協(xié)同控制等,，而這些都是當(dāng)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(gè)科研團(tuán)隊(duì)為什么要屢次參加比賽？”面對這樣的問題,，林德福的回答堅(jiān)定有力：“大學(xué)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(diǎn)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(xué)科交叉,、強(qiáng)基礎(chǔ),、重實(shí)踐,、學(xué)緣結(jié)構(gòu)多元的學(xué)生科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)——“飛鷹”隊(duì)正式成立。這就是林德福的答案,。
此后,，“飛鷹”隊(duì)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(xué)+科研+科創(chuàng)”與“學(xué)術(shù)+技術(shù)+產(chǎn)業(yè)”兩個(gè)鏈條交叉融合的“教研創(chuàng),、學(xué)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(shí)踐相結(jié)合的問題,，‘學(xué)技產(chǎn)’回答的是培養(yǎng)人才的最終目標(biāo),?！绷值赂５摹半p螺旋”互為支撐，首尾相連,，為培養(yǎng)使命擔(dān)當(dāng),、追求卓越的領(lǐng)軍領(lǐng)導(dǎo)人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在“雙螺旋”中,，除了為學(xué)生們制定詳細(xì)的培養(yǎng)計(jì)劃,，林德福和團(tuán)隊(duì)還找到了參加高水平科創(chuàng)競賽的實(shí)踐載體?！皩W(xué)生參加科創(chuàng)比賽的意義絕不僅僅是獲獎(jiǎng),，而是以競賽為牽引，驅(qū)動(dòng)學(xué)生在最短的時(shí)間內(nèi)激發(fā)出團(tuán)隊(duì)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(qiáng)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?！绷值赂Ｕf道,。
不僅如此，團(tuán)隊(duì)還著力培養(yǎng)學(xué)生家國情懷,，帶領(lǐng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)深入基層,，積極服務(wù)國家脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)略，為貧困地區(qū)送去無人機(jī)集群與農(nóng)田精準(zhǔn)管理的關(guān)鍵技術(shù),。學(xué)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(xiàng)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?yàn)閲邑暙I(xiàn)自己的力量,，我感到非常自豪，也堅(jiān)定了我科技報(bào)國的理想,?！眻F(tuán)隊(duì)研究生、“飛鷹”隊(duì)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(xué)問題,，運(yùn)用學(xué)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(jì)社會(huì)發(fā)展,。這就是以“揭榜掛帥”機(jī)制為引領(lǐng)的“教-學(xué)-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(tuán)隊(duì)”凝聚“大合力”
“我的導(dǎo)師祁載康先生曾教導(dǎo)我,，搞科學(xué)研究要有科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn),、求真,、務(wù)實(shí)的科學(xué)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(shí)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(jī)自主控制世界頂級科技平臺(tái)”是林德福一直以來的愿望，也是無人飛行器自主控制團(tuán)隊(duì)開展科研攻關(guān)的著力點(diǎn),，更是瞄準(zhǔn)國家重大戰(zhàn)略需求,，解決“卡脖子”問題的動(dòng)力源點(diǎn)。而這一不畏艱難,、矢志報(bào)國的強(qiáng)大信念,，則源自以學(xué)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(tuán)隊(duì)雖然人少,，但擁有強(qiáng)大的凝聚力和戰(zhàn)斗力,、清晰的定位、明確的目標(biāo)和高度一致的價(jià)值認(rèn)同,。正因如此,，面對重大緊迫任務(wù)時(shí),，我們才能夠迅速凝聚起強(qiáng)大合力,，共同應(yīng)對挑戰(zhàn)?！绷值赂＿@樣看待“小團(tuán)隊(duì)”的“大合力”,。
團(tuán)隊(duì)二十多年如一日,，扎根一線，矢志創(chuàng)新,，以實(shí)際行動(dòng)服務(wù)國際重大戰(zhàn)略需求,。2012年，某國家重點(diǎn)項(xiàng)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(fù)責(zé)人找到林德福團(tuán)隊(duì)尋求幫助,，此時(shí)距離項(xiàng)目驗(yàn)收僅剩三周時(shí)間,。經(jīng)過技術(shù)研判，團(tuán)隊(duì)勇?lián)厝危?1天集中攻關(guān),，出色完成任務(wù),。在團(tuán)隊(duì)科研經(jīng)歷中，類似的事情還有很多,，然而短時(shí)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)所在的宇航學(xué)院設(shè)立獎(jiǎng)學(xué)金,，建立起穩(wěn)定的學(xué)生實(shí)訓(xùn)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?yàn)閳F(tuán)隊(duì)長期圍繞國家重大戰(zhàn)略需求的提前布局,，才能搶抓機(jī)遇乘風(fēng)飛翔,。“起步階段,，沒有足夠的資金支持,，但我們堅(jiān)信研究方向是對的，我們就自己干,?！眻F(tuán)隊(duì)教師王偉說道。沒有團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)，人才是核心,，人才的發(fā)展和團(tuán)隊(duì)的發(fā)展,，相輔相成、互為促進(jìn),。如何把青年教師培養(yǎng)成領(lǐng)軍人才,，讓其在團(tuán)隊(duì)中不斷獲得向前奔跑的動(dòng)力，這一直是林德福作為團(tuán)隊(duì)帶頭人思考的重點(diǎn),?！皩W(xué)科要向國際化發(fā)展，青年教師要首先實(shí)現(xiàn)國際化,?！睘榇耍瑘F(tuán)隊(duì)投入資源,，專項(xiàng)支持青年教師“走出去”,。
“2016年團(tuán)隊(duì)把我送去英國培養(yǎng)，回國后,，我依托實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)成功入選青年人才托舉工程計(jì)劃和國家創(chuàng)新人才計(jì)劃,。我真正感到自己和團(tuán)隊(duì)在共同成長，感到團(tuán)隊(duì)的向心力,?！眻F(tuán)隊(duì)最年輕的教師何紹溟說。
“使命擔(dān)當(dāng),、家國情懷,、團(tuán)結(jié)一致、協(xié)同創(chuàng)新,、共同進(jìn)步”,，正是因?yàn)橛辛诉@樣的高度認(rèn)同的團(tuán)隊(duì)精神和文化，林德福和團(tuán)隊(duì)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(xiǎn)重“不掉鏈子”的勇氣以及“1+1>2”的“戰(zhàn)斗合力”。近年來,，團(tuán)隊(duì)屢獲殊榮,，獲得國家發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級科技獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng),，實(shí)現(xiàn)了國家重點(diǎn)項(xiàng)目群技術(shù)水平的跨越式提升,。
“未來團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，潛心育人,，科教融合,，推動(dòng)創(chuàng)新型領(lǐng)軍領(lǐng)導(dǎo)人才培養(yǎng),，為人才強(qiáng)國戰(zhàn)略貢獻(xiàn)智慧和力量！”林德福說,。
