机器人鸟【苏学成放飞世界首只“机器人鸟”】

　　让动物按照人的意图行动，可能吗？这似乎是驯兽师的把戏，或者科幻小说里的情节。在山东科技大学机器人中心，苏学成教授把普通家鸽变成了训练有素的“飞行员”。通过在鸽子脑中植入一个微电极装置，自由翱翔的鸽子竟然“听懂”了人的指令，精确地做出指定的动作。
　　
　　2007年春节刚过，一则世界上首例“机器人鸟”在山东科技大学诞生的消息吸引了媒体的广泛关注。继中央电视台、新华网、《大众日报》、《齐鲁晚报》等多家媒体报道之后，美联社(AP)、英国路透社(Reuters)、美国有线新闻网(CNN)、今日美国(USＡ TODAY)、英国泰晤士报(The Times)等国外知名媒体纷纷转载了这一消息。研制“机器人鸟”这一动物机器人的带头人，就是被誉为“动物机器人研究第一人”的山东科技大学机器人研究中心教授――苏学成。
　　
　　起步
　　
　　刚刚过完70大寿的苏学成教授，1964年毕业于合肥工业大学工业自动化专业，分配至山东科技大学前身山东煤矿学院。那时，全院只有采煤、机电和经济3个系，1000多名学生。机电系就1个机电专业，他虽是学自动化的，但只能教《普通电工》，基本上没科研可搞。
　　1974年，一个偶然的机会，系里派苏学成以“项目带教学”的名义，与工农兵学员一起到矿上参加“大型提升机可控硅串级调速”项目，从此开始了他的科研生涯。当时，已毕业10年的苏学成在大学里所学的自动化专业知识已忘得差不多了，但他铺下身子，不耻下问，真诚地向工人师傅、技术人员请教和向自己的学生学习。经过努力自学，半年左右他就基本掌握了有关的知识和技术。之后整整3年多时间里，他与课题组师傅一起，边干边学，克服了种种困难，终于完成了平生第一个科研项目，并于1978年荣获“山东省科学大会奖”。
　　那段时间里，苏学成教授吃了不少苦，作了不少难，长期照顾不了家。但也正是这3年多的磨砺，使他不仅与矿上的领导、工人和技术人员结下了深厚的友谊，而且极大地锻炼了自己的动手能力，特别是练出了从事科研的胆识，为他后来从事机器人研究奠定了坚实的基础。
　　
　　成长
　　
　　上世纪80年代中期，全国科研热情高涨。苏学成根据自己来校后曾在井下“跟班劳动”一年的体会，认为煤矿井下工作繁重、环境恶劣，应该是机器人的用武之地，于是油然而有了研究井下机器人的想法。但当时的苏学成对机器人只知点皮毛，虽然下了很大的工夫自学，但总感觉进展太慢，效果很不理想。
　　为尽快掌握机器人的相关知识，苏学成痛下决心将自己积蓄的科研经费集中起来，于1986年暑假邀请北京理工大学的3位专家来学校讲课。经过一个暑假的学习，专家们把他领入了机器人研究的大门。紧接着，苏学成学以致用，与几位志同道合的同事一道，开始投入到机器人的研制过程之中。
　　
　　苏学成研制的第一台机器人是“喷浆机器人”。中国每年开挖煤矿巷道近千公里、大型隧道300余公里，还有地铁、地下库房等，工程量之大世界罕见。喷浆机器人/机械手是该类工程的关键设备之一，过去一直依赖进口。鉴于此，苏学成立志研究出中国自己的设备。经过近两年不懈的努力，苏学成课题组申报的煤矿井下机器人项目终于在当时的煤炭部获准立项，并在学校领导的支持下获得了宝贵的8万元科研经费，课题组还被学校确立为“高新技术生长点”。苏学成的机器人研究生涯正式开始，并由此成为中国“地下工程机器人”科技领域的奠基人和开拓者。
　　他所研制的喷浆机器人重大创新点是：机械臂采用多重四连杆机构，能方便保持喷枪与受喷面的相对姿态不变，只需极少操作动作就能满足喷浆工艺要求，易学又好用；机械臂多为结构件，牢固耐用；将计算机加固技术与防爆技术巧妙结合，确保了电控系统的可靠性；控制系统采用主从遥控与示教再现相结合，适应了各种作业状态。
　　使喷浆机器人研发驶入快车道的是国家“863”计划。1992～2000年的9年间，苏学成教授的机器人课题组连续获得4项国家“863”项目，其中1项为重大项目。经过课题组全体成员连续10余年的努力，机器人研究终取正果：喷浆机器人在国内首次形成了具有自主知识产权的防爆型与非防爆型、大中小型系列产品，并在国内推广使用，结束了该设备依赖进口的历史。与国外同类产品相比，其操作更简单，技术性能和使用效果均有明显优势。系列喷浆机器人的成功研发，为地下工程机器人学奠定了基础，用于多种矿山设备。2000年“大型喷浆机器人”被评为山东省十大科技成果榜首；“PJR系列喷浆机器人”被评为“2000年度煤炭工业十大科技成果”；2001年，荣获山东省科技进步一等奖；2002年，获国家科技进步二等奖，并受到了当时党和国家最高领导人的亲切接见。
　　于是大型喷浆机器人在济南绕城公路隧道、西安东秦岭隧道、昆石高速公路隧道施工中推广应用，仅此一项，就为企业创造直接经济效益近900万元。目前，防爆型与非防爆型、大中小型喷浆机器人产品已在“山川机器人工程公司”实现产业化。该公司于2001年成为“863机器人‘产业化基地’”，2003年通过ISO9000认证。该产品已用于以国家重点工程为代表的地下工程，涵盖了铁路公路隧道、矿山、地下峒库、水利涵洞等各工程领域。
　　此后，苏学成一鼓作气，与同事们还相继研制出了“履带蛇行机器人”、“带电作业机器人”等。山东科技大学机器人研究中心也因此而成为国内重要的机器人研发基地之一。
　　
　　飞跃
　　
　　能源问题一直是当今世界机器人研究领域的“瓶颈”难题，机器人本身携带的能量与其体积成正比，小型机器人所携带的能源有限，这就制约了小型机器人的应用范围和研发空间。怎样让小型或微型机器人不受能源的制约，突破机器人能源的“瓶颈”呢？苏学成教授把眼光转向了动物。
　　苏教授在1997―1999年主持“四周履带式蛇行机器人”时，发现制约微小型机器人研发有二大“瓶颈”：一是运动距离受限于自身携带能量的能力；二是“工作能力与智能”受限于自身尺寸、机构和携带器件数量等。于是苏教授想，若能用电信号控制活体动物并使它按人的意志行动，就可用动物的体能来突破能源瓶颈；用动物的本能(如视、听、越障等)及携带更多器件的能力，来实现机电式机器人难以达到的高智能，而且还独具隐蔽性。当时，这在国际上还未见相关的研究报道。
　　
　　1999年，苏教授极具前瞻性地提出用动物来替代机电机器人的研究。机器人动物也称“动物机器人”，即用编码电信号刺激动物适当神经位点，来控制动物的行为，把动物变成由人制导的动物。该研究是机器人学与脑科学相互交叉、融合的国际重大前沿课题。
　　2002年获得国家自然科学基金委5万元的资金支持后，苏学成教授将以前项目研究中节余出来的经费也投入到动物机器人的研发之中。
　　在超过规定时间的一年又一个月后，中国首只“机器人鼠”终于在山东科技大学机器人研究中心诞生。经过专家鉴定，“机器人鼠”达到国际先进、国家领先水平。
　　“机器人鼠”通过安置在鼠身体上的微电极，由计算机给出指令刺激其神经核团，控制鼠的运动，从而使鼠能够根据人的意志进行活动，成为“机器人鼠”。
　　然而“机器人鼠”由于鼠天生胆小，在实际应中作用并不大。怎样使动物机器人有更大的活动范围和应用空间呢？苏学成苦苦思索着。突然，一只在天空中翱翔的鸟引起了他的极大兴趣，“机器人鸟”这一概念像火花一样在他的脑海中迸发。鸟飞行速度快，适应性广，贴近实际要求。最终，家鸽进入了他的视野。有了“机器人鼠”的理论研究基础，“机器人鸟”的研究就水到渠成了。经过一年多的反复研究和实验，2006年底，世界首只“机器人鸟”终于在苏学成教授所在的课题组诞生了。8根微电极被接入鸽子的脑中，用牙科石膏进行固定，插上刺激发生器，原本四处飞翔的家鸽立即变成了受人控制的机器鸟。在计算机的控制下，鸽子可以按照人为的指示实现起飞、盘旋、左转、右转、前进等特定动作。“机器人鸟”与“机器人鼠”相比应用范围更加广泛，在搜救、探测、空中摄影、投递以及许多人类无法到达区域的探查，甚至在国防安全方面都具有重大意义。
　　
　　印象
　　
　　眼前的苏学成教授，身材高大，脊背微驼，外表不修边幅。用课题组成员刘小峰博士的话说：“一看就是一个忠厚的长者。”
　　对于自己的成就，苏教授并不多谈。他更愿意让大众多了解一些科学知识。“跟着苏老师做科研，很快乐。最初这个课题组经费很紧张，苏老师拿出他自己以前承担国家863项目的结余，给这个课题小组公共使用。有问题，我也可以畅所欲言，开会的时候公然提出来，他都会乐呵呵地接受。”机器人鸟课题小组的另外几位成员告诉记者。“苏教授为人很执著，机器人动物这个课题，从1999年起他就开始申请，申请了4年都没有成功，但他每年都不放弃。”“除了吃饭睡觉，他绝大部分时间都在实验室里，通常都在晚上10点之后回家。”“不要说科研报告了，就连打扫鸽笼这样的脏活、累活，他也从来不支使别人，而是和大家一起去做。”
　　然而苏教授自己却说：“我没觉得有什么不容易，20多年了一直这样，已经成习惯了，闲下来反而不习惯。”
　　苏教授创建了山东科技大学机器人研究中心。中心拥有一幢配有生产车间的3500平方米专用实验楼，在编教师21人，仪器设备1170余万元。中心已成为国内主要机器人研发基地之一，1999年成为“山东省机器人工程技术研究中心”；2001年成为863机器人“产业化基地”、863“先进集体”；2002年成为“山东省重点强化建设实验室”。2004年学校迁青岛后，又成为“市重点实验室”；2006年，以该中心为基础，成为“教育部工程研究中心”。他领导的机器人中心被审定为863机器人“产业化基地”， 是国内特种机器人的主要研发单位之一，在“863”15周年时被授予“先进集体”称号。
　　40多年的科研生涯，累累科研成果，并没有使古稀之年的苏学成教授停止科研的步伐。如今，山东科技大学的机器人研究室已从当初的一间陋室发展为一栋研究大楼。在3楼的一间办公室内，每晚的灯光一直亮到整栋楼最后一个熄灯，苏学成教授仍在苦苦思索着未来的机器人。
　　“人是要有点精神的，有了这个精神，就会认真、执著，就能吃苦、吃亏。”这是他留给记者印象最深的一句话。
　　
　　Su Xuecheng:
　　Letting the First “Robot Bird” Fly
　　
　　Is it possible to let animals act according to people’s requirement? It seems like the tricks of the animal trainers or the plots of the science fictions. In Robot Center of Shandong University of Science and Technology, Professor Su Xuecheng trained the common pigeons as the “pilots”. By putting a microelectrode device into the brain of the pigeon, the pigeon can understand the orders and make the appointed motion exactly.
　　After the Spring Festival of 2007, the first “Robot Bird” was born in Shandong University of Science and Technology, which attracted huge international media interest. After CCTV, Xinhua Net, Dazhong Daily and Qilu Evening News, many foreign media such as AP, Reuters, CNN, USA Today and The Times all reproduced this information. Su Xuecheng, professor of Robot Center of Shandong University of Science and Technology, was called the “First Person Researching on Animal Robots”.
　　“Shotcrete Robot” is the first robot created by Su Xuecheng. Every year, nearly 1,000 kilometers of coal mine tunnels, over 300 kilometers of large-scale tunnels, and the subways and underground storehouses are dug in China. Shotcrete Robot is one of the key equipments of this kind of projects. In the past, the equipments were dependent on import. Therefore, Su Xuecheng aimed to create China’s own equipments. Through two years of efforts, the project of underground robot for coal mine declared by Su Xuecheng and his partners was approved by Coal Department. They also got 80,000 yuan scientific research funds under the support of the leaders of the university.
　　In 1999, professor Su put forward the research on using animals instead of electro-mechanical robots. Exceeding the stipulated time of one year and a month, the first “Robot Rat” of China was born in Robot Center of Shandong University of Science and Technology. According to some experts, this “Robot Rat” reached the advanced level in the world.
　　On the basis of “Robot Rat”, and after more than one year of research and experiences, in the end of 2006, the world first “Robot Bird” was born. Eight microelectrodes were put into the brain of the pigeon and fixed with dental plaster. After the stimulation generator was fit, the pigeon immediately changed into a machine bird which can be controlled by people.
　　Controlled by the computers, the pigeons can perform the required acts of takeoff, hovering, tuning left, tuning right, and flying forward. “Robot Bird” is of great significance in searching and rescuing, detecting, air photography and delivery, even in national defense security.

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