為傳統(tǒng)學科領域插上新“翅膀”
——記北京理工大學無人機自主控制技術團隊
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)學校加強黨的領導黨的建設取得的成績，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“魔術師”就來自于北理工宇航學院無人機自主控制技術團隊。
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“首都勞動獎章”。
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。“這個效果好！”在場觀摩的專家、領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的，正是由林德福帶領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?，無人機自主控制技術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。上世紀80年代起，北理工飛行器設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?？仗旄鞣N場景下的精確制導與控制技術的科研攻關?！敖?jīng)過幾十年的發(fā)展，在國家重點領域的研究中，北理工的飛行器設計學科已經(jīng)形成了領先優(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)?！?014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?！阑也粡腿肌?。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。“立足傳統(tǒng)學科優(yōu)勢，找到新的服務面向，實現(xiàn)新發(fā)展?！倍嗄陙?，林德福帶領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域形成明顯優(yōu)勢，林德福還帶領師生面向世界，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)科學技術大學國際聯(lián)合實驗室建設協(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域積累的技術優(yōu)勢。“賽場空中有一架無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”隊技術負責人宋韜介紹道?！耙瓿杀荣?，首先需要攻克一系列技術難點，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)與人工智能領域前沿技術難題，也是國家急需的應用技術。”
“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，為國家重點領域培養(yǎng)具有解決關鍵“卡脖子”問題的行業(yè)領軍人才，是林德福一直思考的問題。2015年，一支學科交叉、強基礎、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+技術+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、追求卓越的領軍領導人才打下堅實基礎。
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?！皩W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)都是成為科研領域領軍人才所必須的?！绷值赂Ｕf道。
不僅如此，團隊還著力培養(yǎng)學生家國情懷，帶領學生團隊深入基層，積極服務國家脫貧攻堅戰(zhàn)略，為貧困地區(qū)送去無人機集群與農(nóng)田精準管理的關鍵技術。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)，還將相關技術應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攻關，并將科研成果轉(zhuǎn)化落地，服務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”機制為引領的“教-學-賽-研-用”五維一體科技領軍人才培養(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，面對重大緊迫任務時，我們才能夠迅速凝聚起強大合力，共同應對挑戰(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，以實際行動服務國際重大戰(zhàn)略需求。2012年，某國家重點項目遇到技術難題，經(jīng)過持續(xù)技術攻關，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)過技術研判，團隊勇?lián)厝危?1天集中攻關，出色完成任務。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。“起步階段，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，就沒有“拼命”三周解決國家重大技術難題的壯舉。
建設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?！皩W科要向國際化發(fā)展，青年教師要首先實現(xiàn)國際化?！睘榇耍瑘F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?！眻F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水平的跨越式提升。
“未來團隊將繼續(xù)服務于國家重大戰(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)新型領軍領導人才培養(yǎng)，為人才強國戰(zhàn)略貢獻智慧和力量！”林德福說。
