作為中國機器人領域最傑出的青年專家之壹,他深耕機器人研究和教學十余年,親身參與和見證了機器人技術在中國從萌芽、培育、發展到廣泛應用的全過程。
他就是李新德,機器人領域堅定的探索者和純粹的科學家。
他說,科研不僅是在前人的基礎上精耕細作,更是對未知領域的勇敢探索。對於未來的機器人世界,我們需要不斷突破,大膽創新。
“有壹種護理機器人,可以用於老年人護理等護理服務應用場景。”
“有壹種智能焊接機器人,可以進行自動焊接,大大降低了勞動強度,節省了勞動力。”
“有壹種兩棲機器人,其設計理念是將多足和撲翼結合起來,實現陸地和空中使用。”
…………
東南大學自動化學院的李新德教授平時沈默寡言。但是,只要壹談到人工智能或者機器人,他就像壹個“話匣子”,仿佛變了壹個人,有各種奇思妙想。在他的實驗室裏,上面提到的各種機器人和系統正在緊鑼密鼓地設計。
不久前,他作為重要成員參與了“移動醫療服務機器人復雜定位與導航控制關鍵技術及應用”課題,獲得中國自動化學會科技進步壹等獎。這個項目是針對國家發展的重大需求,特別是重大的抗疫需求。圍繞移動服務機器人復雜環境感知、自主規劃定位、智能導航控制三大關鍵技術問題,以產學研相結合的方式開展移動服務機器人關鍵技術研究。這些領域的研究正是李新德的“專長”。2020年新冠肺炎疫情防控期間,利用該核心技術研發的自主醫療服務機器人將在醫院、養老院、康復中心、社區等場所執行消毒任務,大大減輕醫務人員的工作量,降低交叉感染的風險,保障疫情防控期間人民群眾的正常生活,取得極高的社會效益和經濟效益。
事實上,在過去的十年裏,李新德承擔了20多項國家級和省級科研項目,授權了17項國家發明專利和5項軟件著作權,取得了可觀的成果和獎項。然而,與科學研究帶來的各種榮譽相比,李新德更關註自己挑戰的難度。近年來,他致力於解決前沿、世界級的專業難題,廢寢忘食,夜以繼日,即使遇到瓶頸也絕不讓他放棄。
李新德來自煙臺的壹個小村莊。在那個年代,壹個農村孩子要想改變自己的人生軌跡,只有壹條路,讀書。高二的時候,他參加了文科班。他升入高三後,覺得對文科不感興趣,轉到了理科班。這是壹個極其冒險的選擇,因為文科和理科的學習內容非常不同。為了順利跨越高考這座“獨木橋”,李新德利用壹切可利用的時間惡補理科課程,同時跟著老師的步伐沖刺復習。最終,他通過自己的努力,順利考上了沈陽化工學院化工設備與機械專業。可以看出,李新德是壹個不願意按部就班的人,而且具有很強的挑戰精神。這種品質為他在學術研究中不斷挑戰自我,取得壹個又壹個成功奠定了良好的基礎。
大學期間,為了節省生活費,李新德壹天只吃兩頓飯。即使缺乏物質條件,也不影響他學習知識的決心。由於學習成績和表現突出,畢業時被評為校級優秀畢業生。畢業後,為了減輕父母的經濟壓力,懂事的李新德沒有選擇繼續深造,而是在濟南壹家盈利企業做了三年的技術員。
在家鄉的親戚朋友眼裏,這份工作是令人羨慕的穩定的“鐵飯碗”,但李新德仍不滿足。他對自己有更高的要求,對未來有更大的願景。他決定申請碩士學位。當時工作單位不支持在職人員考研。他只在白天上班,晚上下班後就登上他的破自行車,壹路飛到暨南大學上晚自習,晚飯都沒吃。當時濟南郊區的道路坑坑窪窪,有壹段路沒有路燈。有壹次,為了節省復習時間,李新德騎自行車騎得太快,不小心掉進了井蓋松動的井蓋裏,身體多處受傷,臉上磨掉了壹大塊皮。
生活的艱辛沒有阻擋李新德的腳步,卻磨礪了他的心靈,雕琢出壹塊粗糙的玉石來發光。功夫不負有心人,最終他考上了山東大學機械設計與理論碩士。在山東大學深造的幾年間,他以紮實的理論功底和百折不撓的學習態度,得到了機械振動領域知名人士宋教授的青睞,被選為其弟子。在宋教授的教誨和潛移默化的影響下,的見識和見識增長了不少,在學習上也取得了豐碩的科研成果,獲得了山東大學的最高獎學金“校長獎學金”。
從年輕時的奇思妙想到成年後的興趣愛好,人工智能和機器人壹直是李新德執著的夢想。進入21世紀後,中國人工智能從迷霧重重的起步階段,走向了禁錮的突破。當時,李新德憑借其遠見卓識,敏銳地捕捉到人工智能將是未來壹二十年的終極技術領域。於是,他下定決心報考華中科技大學控制科學與工程系,順利成為黃教授的博士生。這壹年,他28歲。在李新德的骨子裏,他繼承了山東人的坦誠和堅韌,他不想多談工作的辛苦,因為在他看來,能參與到這樣壹個人工智能飛速發展的宏大洪流中,為國家貢獻自己微薄的力量,是人生的壹次機遇。
其導師黃教授曾擔任原“863”國家智能機器人專題專家組成員,壹直奮鬥在人工智能研究的第壹線,經常參加國內外學術交流。在老師的示範下,李新德得到了很多鍛煉的機會,這讓他對人工智能和自動化更感興趣,也做了更深刻細致的科研工作。當然,困難總是存在的。首先是跨專業帶來的知識差距。自動化和人工智能專業和機械專業差別很大,需要補的課很多。此外,黃教授是業內著名的嚴師。如果達不到他的學業要求,他絕對不會給任何通融。
經過深思熟慮,李新德認為他能堅持下去的唯壹辦法就是加倍努力。他選擇了最“笨”的方式,比如堅持每天早上盡量早到實驗室,晚上最晚離開,這樣在實驗室的研究時間至少可以達到12小時;業余時間,他幾乎把所有的時間都花在了圖書館看資料上,搜索了幾乎所有關於人工智能的資料。正是依靠這樣壹個兩部的參考文獻和壹本兩部的專業書,滴水匯成海,逐漸積累了自己在這個領域的獨特認知。他每天都與導師和同門弟子討論自動化和機器人學的問題,虛心求教,無時無刻不在思考自己的學科進展如何。
李新德始終處於人工智能的前沿,機會總是青睞有準備的人。壹次偶然的機會,李新德讀到了剛出爐的《似是而非的理論》(DSmT),深深地被它迷住了,並試圖深入研究它。他結識了法國科學家Jean Dezert和美國的Florentine Smarandache教授,悖論理論(DSmT)的創始人和國際知名的信息融合專家。經過長期的交流和討論,李新德與他們結下了深厚的友誼。其中讓·德澤特兩次受邀訪問東南大學,佛羅倫薩人斯馬蘭達什也因李新德對似是而非的理論的特殊貢獻,以單位名義授予他國際科學貢獻證書。
李新德“貼著硬墻打暗戰”的笨辦法,讓他不知不覺成為導師團隊裏研究成果最好的學生之壹。壹般來說,完成他的博士學業需要5 6年。他四年才畢業,畢業時還獲得了華中科技大學的最高獎學金——“羅克韋爾獎學金”。由於他在專業研究方面的出色表現,國內多所知名高校都向他拋出了橄欖枝。面對“亂花漸欲迷人眼”的選擇,李新德有自己的見解,他最終選擇了百年學府東南大學。
“東南大學是壹所百年大學,有‘學術聖地’的美譽。是國內最早開設自動化專業的院系之壹,也是國內最早開展機器人研究的高校之壹。對於人工智能的建設有著堅實的基礎和強大的實力。我覺得這個平臺很適合我!”事實證明,李新德再次做出了正確的選擇。
長期以來,機器人壹直是人工智能的壹個重要研究領域。自20世紀50年代第壹臺機器人發明以來,60多年來,科學家們壹直在努力研究各種能夠模仿人類和生物運動的機器人,機器人技術不斷得到提高。過去科幻作品中很多關於機器人的想象都逐漸變成了現實。
但是,不得不承認,機器人還沒有脫離自動化機器的範疇。人和機器人還是定義為使用和被使用,替代和被替代的關系,機器人更多的是作為壹種功能替代工具出現。機器人在設計過程中很少考慮與人在同壹空間的密切協調與合作,使得本質安全、人機協同認知、行為互助等基礎問題沒有得到很好的解決,靈活性和智能決策能力仍然不足。
融合、合作、* *享受、* *治理是未來智能社會的顯著特征。隨著人工智能技術的快速發展,智能機器人逐漸進入人類生活,並努力成為不可或缺的壹員。在社區,醫院,療養院,工廠...人們期望機器人具有多種角色,在不同的場景下執行跨領域的任務。但機器人要想實現智能任務,與人類無縫交流,和諧交融,還需要在對環境的感知、理解和交互能力上有革命性的突破。
李新德總結道,目前智能機器人在地點感知和理解方面面臨三個主要問題,即缺乏對高復雜度地點多源信息的整合和利用,缺乏識別地點的有效線索以及感知過程中缺乏語義可解釋性,導致當前方法識別率低,難以融入智能任務。為了克服上述缺點,有效地拓展和延伸人類的能力,機器人未來的發展方向——* * *融合機器人應運而生,但要想實現* * *融合的目標,還需要機器人技術的多層次創新。
所謂“* * *融合機器人”是指能夠與工作環境、人和其他機器人進行自然交互,自主適應復雜動態環境並進行協作的機器人。
李新德強調,“* * *壹體化”包含三層含義:第壹層是機器人與環境的自然互動。傳統機器人工作在特定區域,目標簡單,對象單壹,但在實際生產生活中很難有如此純凈的環境。讓機器人走出車間,走進山野雪地,走進繁忙的街道,甚至讓機器人和人在動態的環境中協同工作,這是機器人的第壹個目標。
二是機器人之間的互助互補。兩個人可以舉起更重的物體,三人壹組的F1賽車服務人員可以在兩秒內換壹個輪胎。復雜的醫療手術需要許多醫生和護士的合作。機器人如何通過多人合作實現單個能力的突破?這是* * *壹體化機器人發展的第二個目標,實現機器人之間的合作互補,通過合作提升機器人的整體功能和性能。
三是機器人與人的協同工作。與人合作,不僅僅是聽人的指令,還要有自己的“判斷”和“想法”。人是復雜的、動態的,與人的合作是對機器人更高的要求。這時的機器人不再是被動的等待人類的協助,不再是盲目的依賴人類的編程,而是應該能夠主動感知和解決各種問題。這就要求機器人能夠感知自己所處的環境,從而判斷自己應該執行什麽任務。另壹方面,在人機壹體化時代,為了讓機器人和人類進行無縫交流,自然語言交互中目標語義和地點語義的表達非常普遍。當機器人/無人系統基於這些概念面向交互和工作時,很難理解和感知這些語義概念。“比如去病房照看病人,去廚房燒水,機器人不僅要能執行照看、燒水等具體動作或任務,還要能分析出病房、廚房指的是什麽樣的地方。李新德說,因此,智能機器人對場所的感知,以及對場所的進壹步理解,對智能任務的分解和人機的良好互動起著輔助作用。
人類之所以能適應各種環境,與他們對不同環境的敏銳感知是分不開的。* * *融合機器人也需要這種多樣的感知。“值得註意的是,多元化傳感不是增加幾個傳感器那麽簡單,還有信號傳輸、運算、識別等多項工作要做。很多情況下,要識別外界環境和他人的意圖,需要多種模態信號的融合,這就需要機器人實時感知、理解甚至學習。”李新德特別強調。
在國家自然科學基金重大研究項目的支持下,李新德帶領團隊努力工作,提出了多模態融合的統壹深度神經網絡。從位置語義的“原型”聚類、語義地圖關聯推理和多模態融合交互關聯推理等角度,對機器人的位置感知和理解算法以及機器人自主運動控制進行了深入研究。針對如何增強場所感知過程的語義可解釋性,從自然語言描述的角度,提出語義線索下的場所概念定義,並研究相應的識別方法。針對復雜環境信息下的地點語義理解和識別,從模擬人類對地點認知過程的角度,研究並提出了壹種基於圖像與其自然語言表示相結合的方法,並對相關的圖像描述生成技術和多模態融合技術進行了研究。從場所理解框架的角度,研究並提出了壹種基於知識地圖推理的場所識別與理解框架,給出了場所領域知識地圖的構建方法和推理模型。基於此,廣東珠江人才創新團隊項目“多任務場景跨領域無人系統關鍵技術研發及產業化應用”成功申報並獲批。
李新德對這壹項目的深入研究,為進壹步開展人機交互、服務策略、任務級規劃、自主運行等與場地相關的任務,為智能機器人順利進入人類家庭和日常生活,與人類無縫溝通、和諧相處奠定了堅實的基礎。
目前世界各強國都在圍繞人工智能核心技術進行博弈。誰跑得快,誰就能先搶占制高點。單從這個角度來說,人工智能的研究意義重大,關系到我國建設創新型國家和世界科技強國的戰略部署。
近年來,我國把機器人和智能制造列入國家科技創新的優先領域,下大力氣謀劃,紮實推進。
李新德渴望接受艱難的挑戰,同時他能冷靜地分析形勢。在他看來,在人工智能和機器人領域,與國外同行相比,中國的學科確實起步較晚,但隨著經濟的發展,國家在資金的投入和關註度上有了顯著提高,有趕超的趨勢,與國際的差距在縮小。
這些年來,李新德為了把自己所有的知識紮根在祖國的土壤裏,為了讓人工智能和機器人技術能夠在中華大地上蓬勃發展,付出了自己所有的努力和心血。李新德經常覺得:“科技工作者需要有社會責任感。他們要帶著利國利民的情懷做壹些研發和實驗,做出壹流的成果,解決壹些國家重大項目的實際問題,提高老百姓的生活水平。是科技工作者夢寐以求的!”
作為機器人學的探索者和實踐者,李新德是這麽說的,也是這麽做的。在很多關系國計民生的領域,他的智慧和努力正在發揮作用。
-面向智能制造和現代物流,如無序分揀、智能焊接、動態裝配等機器人應用領域,機器人要求對工作現場和工件形狀、姿態等進行動態、高精度的三維測量。,這對結構光傳感器提出了新的挑戰,要求其精度高、體積小、速度快、環境適應能力強、抗幹擾能力強。過去智能焊接的設備系統完全被國外壟斷,幾十萬、幾十萬元的高昂成本嚴重阻礙了行業的發展。然而,在江蘇省重點科技成果轉化項目——“焊接機器人成套設備”的支持下,李新德團隊自主研發了壹套結構光視覺傳感器和焊縫跟蹤系統,打破了國外高價跟蹤設備市場的壟斷,創造了巨大的社會效益和經濟效益。在江蘇省R&D計劃重點項目——“基於MEMS芯片的高精度結構光動態測量系統關鍵技術及應用”的支持下,李新德團隊首創並開啟了3D立體視覺動態感知的新時代。
-在保健服務領域,據世衛組織稱,世界上有4億精神病患者。精神疾病已經成為21世紀的重要疾病,抑郁癥現在是導致人們喪失活動能力的第五大原因。然而,令人欣慰的是,早期抑郁癥患者的日常動作和行為能夠很好地反映其癥狀,使得機器視覺監測和分析其行為成為可能。因此,李新德團隊利用非接觸視覺感知和深度學習技術,對人的行為、情緒和精神狀態進行智能分析,從而對人的精神狀態進行估計。這項研究得到了國家重點項目的支持。該研究成果針對智能監控場景,利用布設在智能環境中或機器人上的攝像頭,獲取人體在自然狀態下(交互/非交互)的非接觸信息,結合先驗知識和對場景/場所的理解,然後通過融合表情、微表情、眼動、步態等多模態信息,甚至通過融合人物在交互過程中的註視和交互行為,分析情緒和抑郁狀態,為抑郁技術的應用開創了先河。研究結果也為服務機器人通過對服務對象的在線狀態分析提供高質量的服務奠定了堅實的基礎。
——在國防安全領域,李新德與多家科研院所開展了深入合作,承擔了壹批國防預研項目。在小目標檢測、識別與跟蹤、個體異常行為檢測、群體異常行為檢測、暴力行為檢測、多機協作、群體智能、空地跨域協同作戰等方面取得了豐富的研究成果,在國家邊防、巷戰、偵察突擊、安防等應用領域具有廣闊的應用前景。
人工智能不僅在加速發展,也在升級。是引領未來的戰略技術。世界各國已經意識到未來將是各國競爭的關鍵舞臺,並把發展人工智能作為提升國家競爭力、維護國家安全的重大戰略。
龐大的人口和完整的產業結構為中國提供了創造海量數據的潛力和廣闊的市場。但中國還需要做很多基礎工作,比如更開放的數據環境,訓練有素的科學人才。尤其是在人才方面的持續努力將成為決定性因素。
“誰擁有壹流的創新人才和壹流的科學家,誰就在科技創新中占有優勢。”李新德自然明白團隊實力和人才梯隊建設的重要性。事實上,從2007年接受東南大學邀請開始,他已經在這片沃土上紮根了十幾年。他不僅從事科學研究,還肩負著培養人才的重任。
在李新德心中,他和學生的關系不僅僅是師生,更是朋友,更是未來中國自動化研究領域引領世界的隊友。對待團隊成員,李新德表現出他獨特的親和力和坦率。他更喜歡聽到學生們叫他“老李”,而不是“李老師”或“李教授”。
李新德常說,每個學生都是獨壹無二的。"永遠不要低估妳的學生,他們都有能力。"這是李新德經常談到的壹句話。他會根據學生的性格和特點,因材施教,時刻挖掘學生的潛力。
“最重要的不是妳的學習能力,而是妳分析問題和解決問題的能力,以及妳的創新能力。”李新德反復告誡團隊成員,“妳們未來的競爭對手不是人,而是機器。妳告訴它學習,它比妳快;妳比它更勤勞,它比妳更勤勞。那麽妳跟它PK什麽呢?必須是創新能力。妳必須有前瞻性的眼光,不要只盯著眼前的土地。”
為了開闊學生的視野,增長見識,李新德會給他們提供很多參加各種會議、交流、講座的機會,讓他們鍛煉身體,鼓勵他們如果有機會到國內外學習交流,就要勇敢走出去,呼吸更多的“新鮮空氣”。
“出國交流是開闊眼界的好事,也是年輕人成長中非常重要的壹部分,會讓他們的思維更加活躍。”當時,李新德以訪問學者和博士後的身份訪問了佐治亞理工學院和新加坡國立大學,從中結識了美國機器人之父、《時代》周刊最佳發明獎獲得者、著名機器人專家唐納德·阿金教授和新加坡工程院院士葛樹誌教授。
“他們都是有大智慧的人,尤其是葛先生。我們的聊天不僅限於學術方面,還涉及人生哲學。和站得高看得遠的人交流,會給我很多啟發。”李新德嘆了口氣。
從單槍匹馬,壹窮二白,到日益龐大強大的馬莊,李新德帶領著這支快速成長的團隊步入科研高速公路。李新德團隊的管理模式非常開放。雖然是團隊的“壹把手”,但他從來不什麽都講。而是他成立壹個管理工作委員會,根據不同的項目,不同的方向分成幾個小組,所有的大事小事都通過委員會決定。李新德的知識和人格得到了團隊成員的壹致認可和尊重。在他的帶領下,壹支凝聚力和戰鬥力極強的機器人自動化鐵軍誕生了。2019年,李新德指導的研究生團隊首次出征,獲得中國航空學會目標探測與識別挑戰賽特等獎。
“去年的疫情對我們影響很大。我們計劃完成六個項目。由於上半年學校停課,我們基本都是在網上討論項目實施中的各種問題。”李新德回憶起去年的情景仍然驚心動魄。“但關鍵時刻,團隊展現了戰鬥力,努力克服各種困難,最終按時高質量完成了任務!”李新德的話透露出他對該隊的自豪。在他的帶領下,這樣壹個具有探索熱情、創新精神和國際視野的團隊,在科研的道路上壹步壹個腳印的紮實前進,取得了不俗的成績。
然而,李新德並不滿足於所取得的成就。“壹方面,在科學研究中,我們要解決壹個具體的問題,必須鼓勵團隊的交叉融合,需要勇於做我們沒有做過的事情,攀登科學的高峰,引領科技發展的潮流;另壹方面,在工程應用上,要理論聯系實際,註重產學研成果的轉化應用。這時候就要突破自身能力的界限,去學習,去和掌握了新知識的人交流合作。”在他看來,只有這樣,科研人員本身,甚至壹個團隊,才能越來越強大。
對於日新月異的人工智能和機器人技術的未來發展,眾說紛紜。“其實是沒有辦法準確預測的。”李新德改變了話題。“科研不是寫劇本,而是對未知世界的勇敢探索。也許會成功,也許會失敗。科研人員的樂趣不就是在探索的過程中嗎?”
東南大學教授、博士生導師李新德,中國人工智能學會智能機器人專業委員會副理事長,中國人工智能學會智能產品與產業工作委員會副理事長。長期致力於機器視覺、機器感知、智能機器人、人機交互、無人系統等。,先後入選江蘇藍色工程人才培養計劃、江蘇六峰人才培養計劃、東南大學國家傑青培養計劃、江蘇省重點R&D計劃、重點項目首席科學家、廣東珠江人才創新團隊、江蘇大學優秀創新團隊等。