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一個(gè)人能到達(dá)的最遠(yuǎn)地方是哪里？

劉開(kāi)周的答案是7062米下的大洋深處，在被公認(rèn)為世界最深、最難征服的馬里亞納海溝。

而帶他前往的是中國(guó)自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的“蛟龍”號(hào)載人潛水器，該潛水器成功完成了世界上首次在7000米深度近海底的自動(dòng)定向、定深、定高、定速和懸停定位等5種全自動(dòng)航行控制功能。

這項(xiàng)成果，讓國(guó)際水下機(jī)器人領(lǐng)域?yàn)橹徽瘛?/p>

事實(shí)上，不只是水下機(jī)器人，過(guò)去數(shù)十年，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所（簡(jiǎn)稱“沈陽(yáng)自動(dòng)化所”）創(chuàng)造了中國(guó)機(jī)器人事業(yè)發(fā)展史上的20多個(gè)“第一”。從這里誕生的機(jī)器人上可九天“攬?jiān)?rdquo;，下可五洋“探寶”，也能攀援在高山深澗與懸崖峭壁間。它們“代替”人們踏足環(huán)境險(xiǎn)惡之地，協(xié)助人們完成未竟的夢(mèng)想。

沈陽(yáng)自動(dòng)化所，被譽(yù)為“中國(guó)機(jī)器人的搖籃”。

1、“蛟龍”號(hào)的“大腦”

劉開(kāi)周，沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究員，是“蛟龍”號(hào)載人潛水器控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者之一和潛航員，被中共中央、國(guó)務(wù)院授予“深潛英雄”稱號(hào)。

讀博士期間，劉開(kāi)周師從中國(guó)工程院院士封錫盛，從事機(jī)器人半物理仿真平臺(tái)和水下機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)工作。劉開(kāi)周介紹，控制系統(tǒng)相當(dāng)于載人潛水器的“大腦”，而半物理仿真平臺(tái)是一套實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，它本身就相當(dāng)于一套虛擬的載人潛水器系統(tǒng)。

“我們的責(zé)任是，保障潛水器安全可靠運(yùn)行，盡可能減少試航員遠(yuǎn)距離航行尋找目標(biāo)的勞動(dòng)強(qiáng)度。”劉開(kāi)周說(shuō)。

他們所開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)軟件可以在半物理仿真平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證后可直接下載到實(shí)際的載人潛水器控制系統(tǒng)中，這大大降低了載人潛水器的運(yùn)行成本和相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)還能對(duì)試航員進(jìn)行全真培訓(xùn)，極大提高了試航員的操作水平和熟練程度。

劉開(kāi)周表示，相對(duì)于一般在水下最多十幾噸重的水下機(jī)器人而言，“蛟龍”號(hào)在水下可重達(dá)40多噸，“控制系統(tǒng)是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，比如海水密度、水下壓縮、機(jī)械手操作等易受水流影響而多變，影響航行穩(wěn)定和潛水器安全。”

為了克服"蛟龍"號(hào)參數(shù)時(shí)變、閉環(huán)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的不確定性問(wèn)題，劉開(kāi)周借鑒專家控制經(jīng)驗(yàn)，研究了基于模糊原理的控制參數(shù)在線自動(dòng)調(diào)整的控制策略，以及基于數(shù)論的數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)了"蛟龍"號(hào)在復(fù)雜海洋環(huán)境下高精度導(dǎo)航定位、航行控制、載人艙內(nèi)綜合信息顯控、水面監(jiān)控、黑匣子數(shù)據(jù)分析和控制系統(tǒng)測(cè)試等功能。

這些，使得“蛟龍”號(hào)在7000多米深淵中“乖乖聽(tīng)人指揮”，完成任務(wù)。

接手“蛟龍”號(hào)時(shí)，劉開(kāi)周剛博士一年級(jí)。他坦承，起初還有些膽怯，“不敢接”。項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)傾盡全力，對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)細(xì)節(jié)錙銖必較。他們每天都在問(wèn)自己：“可能會(huì)發(fā)生什么情況？還可能會(huì)發(fā)生什么情況？”

海試“10小時(shí)”的背后，是水試、湖試的“數(shù)年功”。劉開(kāi)周說(shuō)，水池實(shí)驗(yàn)也十分重要。在博士期間，他們下潛過(guò)60多次湖，80%的設(shè)計(jì)人員都下潛過(guò)，只有確認(rèn)沒(méi)問(wèn)題了，才能下海，“實(shí)驗(yàn)室做出來(lái)的仿真算法跟真正在水里的情況幾乎完全不一樣，也許可以仿真一部分，但修正的任務(wù)才是最艱巨的。”

多年來(lái)，劉開(kāi)周參與并一步步見(jiàn)證了“蛟龍”號(hào)從1000米、3000米、5000米到7000米的每一個(gè)里程碑。

在他看來(lái)，是使命感驅(qū)使著自己，一路向前——“在國(guó)家需要的時(shí)候，你在哪兒？你在干什么？做有準(zhǔn)備的人，在國(guó)家真正需要你的時(shí)候，就不會(huì)出冷汗。”

2、海洋“幽靈”

2019年4月1日，中國(guó)南海，由沈陽(yáng)自動(dòng)化所完全自主研發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“海翼”號(hào)水下滑翔機(jī)順利回收。它不負(fù)眾望，再次創(chuàng)下新紀(jì)錄：連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)211天，續(xù)航觀測(cè)距離3400多公里。

收到這一消息時(shí)，遠(yuǎn)在3000余公里之外的沈陽(yáng)，沈陽(yáng)自動(dòng)化所研究員、海洋機(jī)器人卓越創(chuàng)新中心主任俞建成自豪又激動(dòng)。

近年來(lái)，“海翼”號(hào)所向披靡，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)驚人的世界紀(jì)錄：在馬里亞納海溝創(chuàng)下6329米的水下滑翔機(jī)世界深潛紀(jì)錄、實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的水下滑翔機(jī)集群組網(wǎng)觀測(cè)、首次在白令海布放的同時(shí)，也首次應(yīng)用于中國(guó)北極科考……

作為“海翼”號(hào)水下滑翔機(jī)的設(shè)計(jì)師，俞建成十分清楚，16年來(lái)，“海翼”號(hào)取得光鮮成績(jī)的背后，是團(tuán)隊(duì)成員朝乾夕惕的奮斗、日雕月琢的堅(jiān)守。

2003年，俞建成剛考入沈陽(yáng)自動(dòng)化所攻讀博士學(xué)位。在一次周六例行討論會(huì)上，導(dǎo)師張艾群（時(shí)任沈陽(yáng)自動(dòng)化所水下機(jī)器人研究中心主任）推薦給他一份國(guó)外關(guān)于水下滑翔機(jī)的最新研究成果。閱讀之后，俞建成對(duì)這一新事物產(chǎn)生了濃厚興趣。那時(shí)已確定了博士課題方向的他，只是把水下滑翔機(jī)當(dāng)成“業(yè)余愛(ài)好”。“當(dāng)時(shí)這還是個(gè)很小的方向，那時(shí)國(guó)內(nèi)包括所里關(guān)注的重點(diǎn)是AUV等傳統(tǒng)典型的大型海洋裝備式的水下機(jī)器人，我也沒(méi)想到水下滑翔機(jī)能干點(diǎn)啥，也沒(méi)想到能像今天這樣‘熱’。”

16年前，沈陽(yáng)自動(dòng)化所率先組建團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域布局并開(kāi)展探索。俞建成成功申請(qǐng)了研究所“知識(shí)創(chuàng)新工程蔣新松創(chuàng)新基金”，并獲得了12萬(wàn)元的經(jīng)費(fèi)支持，他開(kāi)始帶著師弟們一起做水下滑翔機(jī)。

2005年，他們?cè)趪?guó)內(nèi)率先研制出了“海翼”號(hào)水下滑翔機(jī)原理樣機(jī)，并成功在湖里“動(dòng)”了起來(lái)，解決了滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)機(jī)理、模塊化結(jié)構(gòu)、低阻外形優(yōu)化等一系列關(guān)鍵技術(shù)，這是從無(wú)到有的突破。

事實(shí)上，當(dāng)時(shí)在國(guó)際上，水下滑翔機(jī)因其能源利用效率高、噪音低，具有能開(kāi)展大范圍、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)海洋環(huán)境觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)，已成為國(guó)際研究和競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。

2006年，水下滑翔機(jī)被列入國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目申報(bào)指南中。此時(shí)，恰好博士畢業(yè)的俞建成在導(dǎo)師鼓勵(lì)下申請(qǐng)其中一個(gè)項(xiàng)目并成功入選。“我很幸運(yùn)，非常感謝我的導(dǎo)師，項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，競(jìng)爭(zhēng)者都是研究員級(jí)別的，而我只是剛畢業(yè)的博士生，是導(dǎo)師極力堅(jiān)持讓我獨(dú)立申請(qǐng)。”

就這樣，俞建成與研究室兩位職工正式組建團(tuán)隊(duì)。2009年，他們做出了國(guó)內(nèi)第一個(gè)在海上實(shí)驗(yàn)并成功的水下滑翔機(jī)樣機(jī)。盡管指標(biāo)并不高，深度只有1200米，航程500米，但“第一個(gè)”的榮譽(yù)就已極其珍貴。

“當(dāng)時(shí)海上條件還是蠻艱苦的。”俞建成對(duì)第一次海試的經(jīng)歷記憶猶新。2009年夏天，10人共同前往三亞，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，他們?cè)谌齺喿饨枇艘凰倚O船。團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷的第一個(gè)考驗(yàn)就是暈船，在海上顛簸了一晚上，還未到達(dá)海試地點(diǎn)，就已有人暈得無(wú)法下床。

“由于船很小，大家只能擠著在甲板上睡覺(jué)。10多天下來(lái)，曬得跟漁民一樣了。我們還在海上養(yǎng)雞養(yǎng)鴨作為食物來(lái)源。”再回首，在俞建成眼中，除了艱苦，更多的是難得的經(jīng)歷，以及大家相互扶持，攻堅(jiān)克難、完成任務(wù)的幸福，“現(xiàn)在我們的條件好多了。”

2009年，他們成功研制出第一代“海翼”水下滑翔機(jī)工程樣機(jī)并在千島湖完成湖上實(shí)驗(yàn)，最大下潛深度為1200米。

團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)很清晰，大幅提升水下滑翔機(jī)海里的工作時(shí)間和航行里程，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在海洋里面停留并完成一些工作。經(jīng)過(guò)16年艱辛探索，“海翼”號(hào)水下滑翔機(jī)足跡遍布東海、南海、太平洋、印度洋、白令海峽。2018年，兩臺(tái)“海翼”號(hào)7000米級(jí)水下滑翔機(jī)完成了長(zhǎng)達(dá)1448公里的馬里亞納海溝深淵測(cè)線觀測(cè)，最大下潛深度達(dá)7076米，是目前世界上下潛深度超過(guò)7000米次數(shù)最多的滑翔機(jī)，也是世界上唯一一款能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作的深淵級(jí)滑翔機(jī)，同時(shí)順利完成對(duì)海溝溫度、鹽度、水體特征等的探測(cè)作業(yè)。

“現(xiàn)在，水下滑翔機(jī)的技術(shù)已經(jīng)很成熟了，但對(duì)于續(xù)航里程的要求是無(wú)止境的，長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是超過(guò)1年，這對(duì)海洋科學(xué)的影響將會(huì)是顛覆性的，或許那個(gè)時(shí)候我就可以退休了。”俞建成期待著愿景實(shí)現(xiàn)的那天。

“我們現(xiàn)在還在考慮它在水下待那么久，能干什么事，能解決什么問(wèn)題。”俞建成說(shuō)，他們正在與海洋科學(xué)家合作，解決海洋預(yù)報(bào)、海洋觀測(cè)等難題；推動(dòng)數(shù)據(jù)共享，以及拓展更多的應(yīng)用場(chǎng)景，最大發(fā)揮水下滑翔機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。

3、機(jī)器人中的“特種兵”

電力巡檢，一直被稱為高危行業(yè)、特種作業(yè)。

我們常常在電視新聞中看到這樣的畫(huà)面：無(wú)論烈日炎炎，還是冰雪嚴(yán)寒，頭戴安全帽、背負(fù)重達(dá)幾十公斤檢修設(shè)備的電力巡檢工人總徒步翻越高山、穿越河谷叢林，日行十幾公里，檢修受損鐵塔、巡護(hù)線路設(shè)施，清查電線周圍障礙物，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

“電力巡檢工人太艱難了，南方有南方的苦，北方有北方的難。但電網(wǎng)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，這個(gè)工作必須得干。”沈陽(yáng)自動(dòng)化所工藝裝備與智能機(jī)器人研究室副主任王洪光談及此時(shí)，感到“痛心”。

2001年，錦州超高壓局向沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所提出希望聯(lián)合研制電力巡檢機(jī)器人的需求，王洪光開(kāi)始接觸這一領(lǐng)域。然而，起初他們并不被看好，尋求支持時(shí)也吃過(guò)不少“閉門(mén)羹”。

電力專家質(zhì)疑：“你們不懂電力環(huán)境的復(fù)雜、任務(wù)的艱難、要求的苛刻，你們做不出來(lái)。”同行專家也勸他們：“別做了，這個(gè)項(xiàng)目這么難，錢肯定都打水漂了。”

也許是“無(wú)知者無(wú)畏”，王洪光想著憑著已有的技術(shù)積累，針對(duì)需求做一些改裝設(shè)計(jì)，應(yīng)該也不會(huì)很難，他和團(tuán)隊(duì)把電力巡檢機(jī)器人的項(xiàng)目擔(dān)下了。然而，隨著了解的深入，他發(fā)現(xiàn)事情遠(yuǎn)非想象的簡(jiǎn)單。但是既然做了，就要堅(jiān)持下去，王洪光和團(tuán)隊(duì)用了3年獲得質(zhì)疑者的認(rèn)可和信任，用了近20年的時(shí)間做出了產(chǎn)品。

“最難克服的是，如何讓電力機(jī)器人在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)行。”回顧過(guò)去，王洪光記憶猶新。他舉了個(gè)例子，從低電位到500千伏的這一瞬間，如果電磁兼容沒(méi)做好，機(jī)器人立刻就會(huì)被電得“五馬分尸”，而機(jī)器人的電磁兼容防護(hù)需要特殊的技術(shù)手段，至今仍是難點(diǎn)。

不過(guò)，幸運(yùn)的是，時(shí)至今日，經(jīng)王洪光手的機(jī)器人還沒(méi)有一臺(tái)在巡檢現(xiàn)場(chǎng)“死掉”。“我不敢讓它‘死’呀。”王洪光直言，一臺(tái)機(jī)器人少則幾十萬(wàn)元，多則上百萬(wàn)元，“賠不起”。而更重要的是，機(jī)器人“死掉”有可能使得電力線路受損和人員受傷，而這是一定不能發(fā)生的。“一旦有危險(xiǎn)，無(wú)論什么狀態(tài)下都不能做實(shí)驗(yàn)。”

整機(jī)機(jī)器人雖然沒(méi)有“死掉”，但單元模塊測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)的“苦頭”他們可沒(méi)少吃。受強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境影響，“空中”的機(jī)器人與地面基站之間的通訊可能會(huì)中斷，而負(fù)責(zé)通訊系統(tǒng)的是機(jī)器人機(jī)載控制器。“這相當(dāng)于‘生命線’，若是通訊中斷，就像斷了線的風(fēng)箏一樣，你給機(jī)器人發(fā)指令，它不走，這時(shí)候真是沒(méi)辦法，只能干著急。”王洪光坦承，他們前幾年都在解決這個(gè)問(wèn)題，“那段時(shí)間是我們最痛苦的階段。”

如今，王洪光團(tuán)隊(duì)研發(fā)的電力巡檢機(jī)器人已經(jīng)從簡(jiǎn)單的巡視跨向具備巡檢作業(yè)功能。他們開(kāi)發(fā)的AApe系列電力檢測(cè)與維護(hù)機(jī)器人已應(yīng)用在電網(wǎng)輸電、變電及配電設(shè)施的運(yùn)行檢測(cè)與維護(hù)等工作中。電力巡檢機(jī)器人從東北的原始森林走到西南的盆地、喀斯特地貌，現(xiàn)在開(kāi)始在南方山地丘陵“大展拳腳”。

“值得驕傲的是，我國(guó)電力機(jī)器人的研究在國(guó)際上位居一流行列，在某些技術(shù)產(chǎn)品及其性能指標(biāo)上處在國(guó)際領(lǐng)先位置。”近20年來(lái)的成果逐漸開(kāi)始在世界占有一席之地，這讓王洪光也越發(fā)充滿信心，但也深感未來(lái)依然面臨諸多挑戰(zhàn)。

“沈陽(yáng)自動(dòng)化所作為科技國(guó)家隊(duì)中的一員，一定要在國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)揮技術(shù)引領(lǐng)的作用；另一方面，我們期望最終能做出優(yōu)秀的產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，這樣才對(duì)得起這么多人力財(cái)力、時(shí)間和精力的投入。”王洪光說(shuō)。

4、空間“使者”

還記得2017年12月26日3時(shí)44分這一特殊時(shí)刻嗎？

在位于西昌涼山彝族自治州的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，我國(guó)用長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭，成功將遙感三十號(hào)03組衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。

這個(gè)時(shí)刻，沈陽(yáng)自動(dòng)化所空間自動(dòng)化技術(shù)研究室副主任劉金國(guó)一直記得，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)研制的“太陽(yáng)電池陣及其展開(kāi)系統(tǒng)”作為關(guān)鍵部件成功應(yīng)用于該衛(wèi)星，為我國(guó)多星組網(wǎng)式電磁環(huán)境探測(cè)及相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)提供了重要支持。

該系統(tǒng)所應(yīng)用的關(guān)鍵部件就是太陽(yáng)翼。太陽(yáng)翼是衛(wèi)星的能量來(lái)源，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)太陽(yáng)翼處于折疊狀態(tài)，星箭分離后打開(kāi)以及在衛(wèi)星飛行過(guò)程中不斷調(diào)整方向等都需要太陽(yáng)翼來(lái)供能。此前發(fā)射的遙感三十號(hào)01和02組衛(wèi)星上，該系統(tǒng)也被成功應(yīng)用。

可以說(shuō)，太陽(yáng)翼的供能狀況決定著衛(wèi)星的“生死”。過(guò)去，這曾是中國(guó)科學(xué)院的一項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)，“技術(shù)掌握在別人手中，人家要多少錢我們就得給多少錢。”劉金國(guó)說(shuō)。

沈陽(yáng)自動(dòng)化所臨危受命，劉金國(guó)和團(tuán)隊(duì)成員攻堅(jiān)克難，用了不到兩年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，為國(guó)家空間探索提供一系列先進(jìn)的結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)。

2010年，沈陽(yáng)自動(dòng)化所空間自動(dòng)化技術(shù)研究室應(yīng)國(guó)家進(jìn)行外太空、月球與其他星球科學(xué)探索需求而生，開(kāi)展空間智能裝備和相關(guān)技術(shù)的研究，聚焦三大領(lǐng)域：載人航天、國(guó)家月球與深空探測(cè)、衛(wèi)星的機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)。

載人月球探測(cè)是目前各個(gè)航天大國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。今年年初，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Environmental Toxicology 以封面論文的形式，邀請(qǐng)刊載了劉金國(guó)團(tuán)隊(duì)在載人月球探測(cè)預(yù)先研究領(lǐng)域的最新成果。研究人員利用模擬月塵，針對(duì)月塵對(duì)呼吸系統(tǒng)的毒性及其作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，吸入月塵可能會(huì)引起炎性肺纖維化病變，炎癥和氧化應(yīng)激是月塵引起肺損傷的重要因素。這將為航天員月塵毒性的防治提供重要依據(jù)和參考。

在劉金國(guó)看來(lái)，宇航員面臨的“危險(xiǎn)”不止如此。“我國(guó)載人航天每次只有3名宇航員，但科學(xué)實(shí)驗(yàn)非常多，而且諸如細(xì)胞切割、注射、轉(zhuǎn)移等精密實(shí)驗(yàn)比較危險(xiǎn)，宇航員一旦在操作中受傷，在太空中無(wú)法愈合，必須得返回地面。”劉金國(guó)希望所有的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化。

在沈陽(yáng)自動(dòng)化所一樓展廳里最顯眼的位置，安放著嫦娥三號(hào)月球車的原理樣機(jī)，它基本模擬了國(guó)家所規(guī)定的月球車的質(zhì)量、大小、外形和功能。其中，機(jī)械臂系統(tǒng)由沈陽(yáng)自動(dòng)化所設(shè)計(jì)與研制，這次研發(fā)為沈陽(yáng)自動(dòng)化所在月球與深空探測(cè)方面積累了一系列技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

今年年底前后，嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射成功之際，將是這套機(jī)械臂系統(tǒng)閃亮登場(chǎng)、展現(xiàn)自我的時(shí)刻，屆時(shí)，它會(huì)支撐探測(cè)器的“眼睛”，將月球“一覽無(wú)遺”。

5、給機(jī)器人一雙“慧眼”

微創(chuàng)手術(shù)，這種最大程度保護(hù)患者、減小創(chuàng)口的手術(shù)，卻給外科醫(yī)生提出了極高的要求。特別是傳統(tǒng)的脊柱微創(chuàng)修復(fù)手術(shù)，因?yàn)閯?chuàng)口極小，所以醫(yī)生的視野也非常受限，幾乎是“盲操作”。

要知道，脊柱周圍神經(jīng)密集，一旦損傷神經(jīng)，后果不堪設(shè)想。在無(wú)法視物的情況下操作脊柱手術(shù)，就仿佛電影《偷天陷阱》里，凱瑟琳·澤塔瓊斯蒙著眼睛穿越紅外線交錯(cuò)的天羅地網(wǎng)。

目前，醫(yī)生通常用X光來(lái)幫助自己透視脊柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但X光會(huì)產(chǎn)生一定輻射，處于備孕、懷孕等特殊階段的人都不適用。此外，X光只能記錄手術(shù)中特定幾個(gè)時(shí)刻的靜態(tài)畫(huà)面，不能實(shí)時(shí)提供變化的信息。

沈陽(yáng)自動(dòng)化所唐延?xùn)|課題組研發(fā)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，可以幫助醫(yī)生在整個(gè)手術(shù)過(guò)程中看清脊柱及周邊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)室中，甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了脊柱手術(shù)的“遙操作”——外科名醫(yī)不須親臨現(xiàn)場(chǎng)，就能憑借顯示器上的實(shí)時(shí)圖像操控機(jī)器人開(kāi)展手術(shù)。

“有人說(shuō)，我們的工作，就是給機(jī)器人安上一雙眼睛。但這句話只對(duì)了一半，‘眼睛’后面，還連著一個(gè)‘大腦’呢！”唐延?xùn)|說(shuō)，“機(jī)器人‘看到’東西之后，接下來(lái)的感知、識(shí)別、判斷、反饋，才是最重要的環(huán)節(jié)。”

給機(jī)器人一雙慧眼——所謂“慧眼”，不正是講究“眼腦”結(jié)合、“智能”支撐嗎？

“我們工作的主要原理，是在攝像機(jī)成像的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)程序處理圖像中所包含的信息，從而指導(dǎo)機(jī)器人做出準(zhǔn)確的反應(yīng)。”另一位研究計(jì)算機(jī)視覺(jué)的科研人員朱楓說(shuō)，“嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這并不是真正的視覺(jué)，但我們的目的達(dá)到了，那就是在特定場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)需要‘視覺(jué)’的特定功能。”

時(shí)光倒退到2016年10月19日，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室與神舟十一號(hào)載人飛船對(duì)接，航天員走進(jìn)“天宮”，與里面的機(jī)械手臂協(xié)同完成了一系列在軌維修實(shí)驗(yàn)。鋼筋鐵骨的機(jī)械臂，一絲不茍地旋擰螺絲，靈巧地抓取飄浮在空中的小球——就仿佛心明眼亮的活物。

這就是朱楓團(tuán)隊(duì)凝心聚力研發(fā)的空間視覺(jué)技術(shù)，在“特定場(chǎng)景”下實(shí)現(xiàn)的“特定功能”。

6、讓機(jī)器人“活”起來(lái)

機(jī)器是無(wú)機(jī)的、剛性的、固定的，生命是有機(jī)的、柔性的、生長(zhǎng)的。“機(jī)器人”發(fā)展至今，雖然看起來(lái)具備了很多模擬生命活動(dòng)的功能，但說(shuō)到底，大多數(shù)仍然只是單純的“機(jī)器”。

正如朱楓所說(shuō)：“機(jī)器視覺(jué)的基礎(chǔ)，仍然是機(jī)電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)計(jì)算，與生物的視覺(jué)機(jī)制截然不同。”

難道有機(jī)世界和無(wú)機(jī)世界之間的“次元壁”，就真的無(wú)法突破嗎？

沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人學(xué)研究室主任劉連慶笑了，在他的一臺(tái)紅外照相機(jī)里，“養(yǎng)”著一顆活生生的響尾蛇細(xì)胞。

響尾蛇的“臉”上，有一個(gè)面積僅有1平方毫米的頰窩，能通過(guò)蛋白質(zhì)折疊和離子通道觸發(fā)來(lái)感知紅外線，從而覺(jué)察環(huán)境中0.001℃的溫度變化。有了這個(gè)逆天神器，響尾蛇就能在完全的黑暗中，捕捉老鼠等溫血?jiǎng)游铩?/p>

與大自然的造化相比，人類發(fā)明的商用紅外感知器件卻笨重了許多，不僅需要大體積的冷卻系統(tǒng)輔助，而且很難達(dá)到響尾蛇的感知精度和頻譜寬度。

劉連慶決定把生命系統(tǒng)融合進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)。他和中科院成都生物研究所、上海藥物研究所以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作，把光敏感生物蛋白轉(zhuǎn)入模式細(xì)胞，使其獲得感光能力，然后把這顆細(xì)胞通過(guò)特殊技術(shù)植入紅外相機(jī)的金屬外殼下。

作為沈陽(yáng)自動(dòng)化所正在大力推進(jìn)的學(xué)科方向之一——類生命機(jī)器人正在不斷創(chuàng)造著新時(shí)代的神話。

今年剛剛博士畢業(yè)并已提前留所的張闖，是席寧和劉連慶兩位研究員的學(xué)生。他的主攻方向是服務(wù)醫(yī)療領(lǐng)域的類生命微納機(jī)器人。他把來(lái)源于人體的骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞，與硅膠軟體材料結(jié)合在一起，做成極小的納米機(jī)器人。這類肌細(xì)胞的看家本領(lǐng)，就是把人體血液中的ATP化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，為納米醫(yī)療機(jī)器人提供動(dòng)力。在身體看來(lái)，這些肌細(xì)胞都是“自己人”，因而不容易觸發(fā)免疫反應(yīng)。

張闖的師兄李密，則致力于用納米機(jī)器人對(duì)戰(zhàn)癌癥。美羅華是治療B細(xì)胞淋巴瘤的靶向特效藥，但只能對(duì)一部分病人起效果。因淋巴癌病逝的著名主持人羅京，就不幸與這種藥物無(wú)“緣”。

“這跟癌細(xì)胞表面的一種靶點(diǎn)有關(guān)。”李密說(shuō)，“如果我們能在開(kāi)展治療之前，就派出納米機(jī)器人先遣隊(duì)，去檢測(cè)一下靶點(diǎn)，預(yù)測(cè)這個(gè)病人能不能用美羅華，將是推動(dòng)淋巴瘤精準(zhǔn)醫(yī)療的重要一步。”

但是，研究藥物與淋巴瘤細(xì)胞的相互作用，需要特殊的水凝膠微環(huán)境，而現(xiàn)有的水凝膠都不具備他們所需要的性質(zhì)。李密向自然界中的捕蟲(chóng)植物茅膏菜偷師學(xué)藝，模擬出了茅膏菜黏液水凝膠。淋巴瘤在這種凝膠中，會(huì)形成一個(gè)三維球狀體，乖乖等待納米機(jī)器人前來(lái)“體檢”。

正如劉連慶所說(shuō)，仿生機(jī)制是當(dāng)今機(jī)器人“進(jìn)化”的一大推動(dòng)力量。地球生命歷經(jīng)40億年積淀下來(lái)的進(jìn)化智慧，是機(jī)器人取之不盡的巨大寶庫(kù)。這是一個(gè)偉大的時(shí)代，機(jī)器人正處于一個(gè)從“更像機(jī)器”到“更像生命體”跨越的歷史階段。讓機(jī)器人“活”起來(lái)，是沈陽(yáng)自動(dòng)化所類生命機(jī)器人團(tuán)隊(duì)肩負(fù)的歷史使命。

走在沈陽(yáng)自動(dòng)化所，就是走在一個(gè)機(jī)器人總動(dòng)員的王國(guó)。如今的沈陽(yáng)自動(dòng)化所，早已不再僅僅是孕育新生的“搖籃”，而更像一所專業(yè)齊全、實(shí)力雄厚的“大學(xué)”，把機(jī)器人分門(mén)別類地培養(yǎng)成材，推向世界最前沿的競(jìng)技舞臺(tái)。

在這些八仙過(guò)海、各顯神通的機(jī)器人背后，是許許多多勤勞聰慧、有血有肉的沈陽(yáng)自動(dòng)化所科研人。他們精雕細(xì)琢?xí)r的姿態(tài)、頭腦風(fēng)暴時(shí)的神采，正完美推動(dòng)著“人工”與“智能”碰撞出燦爛火花。