開(kāi)拓耕耘——學(xué)科方向初建立

中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所被譽(yù)為中國機器人事業(yè)的搖籃，在中國機器人發(fā)展史上創(chuàng )下了20多項第一。老一代沈陽(yáng)自動(dòng)化所科學(xué)家們，在機器人學(xué)科方向的確立，乃至我國首臺水下機器人和工業(yè)機器人的研制過(guò)程中作出了重大貢獻。

出生于1940年的談大龍，曾任沈陽(yáng)自動(dòng)化所機器智能與機器人技術(shù)研究部主任、機器人學(xué)開(kāi)放實(shí)驗室主任、國家“863”計劃自動(dòng)化領(lǐng)域智能機器人專(zhuān)家組組長(cháng)，現已退休。他曾親歷了沈陽(yáng)自動(dòng)化所學(xué)科方向的確立以及我國第一臺水下機器人“海人一號”的誕生。

1973年，當時(shí)33歲的談大龍跟隨時(shí)任沈陽(yáng)自動(dòng)化所所長(cháng)蔣新松和機器人研究室主任吳繼顯到北京出差調研，走訪(fǎng)了許多家單位，介紹研究所對于開(kāi)展人工智能和機器人研究的設想。在中科院新技術(shù)局匯報情況時(shí)，時(shí)任局長(cháng)鄧裕民認真聽(tīng)取匯報后表示支持，并要求研究所提交報告，令研究人員大受鼓舞。1975年，談大龍與同事一起被派往羅馬尼亞參加國際控制論和系統會(huì )議，通過(guò)這次機會(huì )開(kāi)闊了眼界，了解了國外人工智能和機器人的發(fā)展情況。

隨著(zhù)“四人幫”的倒臺，我國迎來(lái)了科學(xué)的春天。1978年，中國科學(xué)院制定各研究所學(xué)科研究發(fā)展規劃。在自動(dòng)化學(xué)科規劃會(huì )上，蔣新松和吳繼顯憑借此前的學(xué)術(shù)積累，經(jīng)過(guò)與兄弟所的激烈討論，確立了沈陽(yáng)自動(dòng)化所的學(xué)科發(fā)展方向：機器人技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化和模式識別，從此開(kāi)拓了機器人技術(shù)的發(fā)展道路。沈陽(yáng)自動(dòng)化所經(jīng)過(guò)5年的努力，做機器人的目標終于實(shí)現了！

在20世紀70年代，水下機器人技術(shù)正在國外飛速發(fā)展，我國卻仍是一片空白。沈陽(yáng)自動(dòng)化所瞄準了這項前沿技術(shù)，在國內率先開(kāi)展“智能機器在海洋中的應用”的可行性研究，并由談大龍擔任項目總體組組長(cháng)。

起初，確定先研制一臺能潛深100米的水下機器人，能在水下進(jìn)行觀(guān)察和撿拾物體，采用有纜操作的控制方式。經(jīng)過(guò)4年的努力，沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制成功了我國第一臺水下機器人——“海人一號”（HR-01），并通過(guò)了大連和三亞的兩次海洋試驗，實(shí)現了項目研究的既定目標。今天項目組在談?wù)撍聶C器人的早期研制工作時(shí)，總是不能忘記當時(shí)奮戰在一線(xiàn)的科研人員。大家熱情高漲、努力克服各種技術(shù)困難，兩次海試都是冬季，其中大連海試結束已是大年三十。更加不能忘記，課題組成員馮仲良身患腸癌仍堅持在三亞進(jìn)行海試，回來(lái)后不久就去世了。這些老科學(xué)家，是中國水下機器人研究的奠基石，值得我們永遠銘記。

此外，由宋克威、周?chē)?、王棣棠、崔殿忠等人，完成了國內第一臺SJZ-1型示教再現工業(yè)機器人，這也是我國第一臺工業(yè)機器人。經(jīng)過(guò)前期的積累，沈陽(yáng)自動(dòng)化所在激烈的競爭中脫穎而出，獲得了國家“七五”工業(yè)機器人控制器攻關(guān)項目支持，并將消化吸收和自主開(kāi)發(fā)相結合，順利完成“七五”攻關(guān)項目，為后來(lái)新松公司開(kāi)發(fā)工業(yè)機器人產(chǎn)品，以及開(kāi)展機器人人力控制和協(xié)調控制打下了基礎。

十年奮斗——“龍腦”誕生記

2012年6月24日，“蛟龍”號7000米級載人潛水器下潛到7020米海底，試航員之一 ——38歲的劉開(kāi)周與兩位同伴通過(guò)水聲通話(huà)，對神舟九號航天員發(fā)出了問(wèn)候：祝愿景海鵬、劉旺、劉洋3位航天員與天宮一號對接順利！祝愿我國載人航天、載人深潛事業(yè)取得輝煌成就！這次下潛，首次創(chuàng )造了世界同類(lèi)型載人潛水器的最大下潛深度。

此時(shí)，距離“蛟龍”號獲批國家“十五”“863”計劃重大專(zhuān)項立項，已過(guò)去10年的時(shí)間。十年磨一劍，這次下潛完美地詮釋了沈陽(yáng)自動(dòng)化所“蛟龍”號控制系統研制團隊的付出。10年間，他們秉承和發(fā)揚了研究所“獻身、求實(shí)、協(xié)作、創(chuàng )新”的精神，通力協(xié)作、攻堅克難，解決了諸多技術(shù)問(wèn)題，研制了我國首套具有完全自主知識產(chǎn)權、性能?chē)H領(lǐng)先的深海載人潛水器控制系統，為“蛟龍”號的海試成功奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎。

在團隊負責人張艾群研究員的帶領(lǐng)下，控制系統團隊王曉輝、郭威、崔勝?lài)?、祝普強、劉開(kāi)周等19人參加了各個(gè)深度級別的海上試驗，一方面要對控制系統進(jìn)行保障，另一方面還要對控制系統在不同深度下的航行控制、設備控制、導航定位、綜合顯控、應急控制等分系統的功能和性能指標進(jìn)行現場(chǎng)驗證。海上試驗期間，張艾群為現場(chǎng)指揮部成員、安全總監，王曉輝為控制部門(mén)長(cháng)，郭威為水面監控部門(mén)長(cháng)，劉開(kāi)周為試航員，祝普強負責潛水器反饋信號監視，崔勝?lài)撠熫浖夹g(shù)保障。團隊成員虛心學(xué)習船舶駕駛、海事氣象等有關(guān)專(zhuān)業(yè)知識，以嚴肅認真的態(tài)度、嚴謹求實(shí)的作風(fēng)、實(shí)事求是的精神，在時(shí)間緊、難度大、任務(wù)重、后方堅強保障下，出色地完成了與控制系統相關(guān)的技術(shù)改進(jìn)和試驗保障任務(wù)。

從1000米到3000米，從5000米到7000米，2012年6月3日至7月16日，國內18家單位圓滿(mǎn)完成了7000米級海上試驗任務(wù)。該次試驗最大特點(diǎn)是試驗海區位于密克羅尼西亞專(zhuān)屬經(jīng)濟區的馬里亞納海溝，“蛟龍”號的所有部件將要經(jīng)受最大設計深度的考驗，同時(shí)全體參試隊員需要按照聯(lián)合國海洋法公約要求在他國專(zhuān)屬經(jīng)濟區海域開(kāi)展工作?！膀札垺碧?000米級海試共完成6次下潛，下潛深度分別為6671米、6965米、6963米、7020米、7062米和7035米，每次下潛都按預定計劃和任務(wù)有效開(kāi)展。本次海上試驗，沈陽(yáng)自動(dòng)化所張艾群、郭威、祝普強等4人參加，主要負責驗證載人潛水器控制系統7000米設計深度下的航行控制、設備控制、導航定位、綜合顯控、應急控制等分系統的功能和性能指標。

2012年6月24日，劉開(kāi)周與其他兩位試航員共同見(jiàn)證了我國載人深潛史上首次突破7000米的偉大歷史時(shí)刻，并在7000米的海底向遠在外太空中“神舟九號”航天員發(fā)送了祝福。試驗對潛水器本體系統、水面支持及母船系統共313項功能、性能、指標和作業(yè)內容進(jìn)行了逐一驗證，對一些關(guān)鍵項目進(jìn)行了多次試驗和驗證。試驗還取得了豐富的海底科學(xué)作業(yè)成果，包括海底沉積物樣品、生物樣品、地質(zhì)樣品和深海水樣，以及大量海底影像資料和海底微地形地貌資料等。在海上試驗中，廣大參研參試隊伍通過(guò)實(shí)際行動(dòng)，弘揚和凝練了“嚴謹求實(shí)、團結協(xié)作、拼搏奉獻、勇攀高峰”的中國載人深潛精神。試驗團隊安全、圓滿(mǎn)、超額完成了“蛟龍”號7000米級海上試驗的全部試驗內容，實(shí)現了全部預定目標！

使命并未到此結束。2013年起，“蛟龍”號載人潛水器轉入試驗性應用階段。沈陽(yáng)自動(dòng)化所先后派郭威、劉開(kāi)周、祝普強、趙洋、崔勝?lài)?、何震、孔范東、楊鳴宇、趙兵、冀萌凡、陶祎春、王海龍、田啟巖等20余人次，全航次參加“蛟龍”號試驗性應用航次和中國大洋第35、37、38航次試驗，圓滿(mǎn)完成對“蛟龍”號控制系統的保障任務(wù)。

“蛟龍”號控制系統團隊獲得了包括“載人深潛英雄集體”“載人深潛英雄”“全國專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才先進(jìn)集體”“全國五一勞動(dòng)獎狀”“全國五一勞動(dòng)獎?wù)隆薄爸袊嗄晡逅莫務(wù)录w”和國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎等諸多榮譽(yù)和獎勵?！膀札執栞d人潛水器研發(fā)與應用”項目還榮獲了2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。

千里馳援——科技保障民生

2013年4月20日8點(diǎn)2分，四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級強烈地震。沈陽(yáng)自動(dòng)化所按照中科院統一部署，迅速啟動(dòng)了應急響應預案。出生于1963年的沈陽(yáng)自動(dòng)化所究員李斌，被任命為地震現場(chǎng)總指揮，負責地震救援隊的現場(chǎng)救援工作。組員由13名所內人員構成，除了兩位負責運送設備的司機，都是機器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的科研人員。他們在“十一五”國家“863”計劃的支持下在2011年成功研制出了多種地震救援機器人，并在國家地震緊急救援訓練基地示范應用，也得到了中央電視臺等媒體報道。

李斌清楚地記得，地震發(fā)生那天正好是周六，大家都在家休息，他臨時(shí)打電話(huà)召集大家，所有人都二話(huà)不說(shuō)，迅速到達工作崗位。救援隊分三批奔赴災區，第一批救援人員攜帶廢墟搜索可變形機器人，乘坐飛機和汽車(chē)，日夜兼程，克服重重困難，在地震發(fā)生后19個(gè)小時(shí)，就到達了距離3000公里的四川蘆山地震災區。

在救災物資緊缺的情況下，一個(gè)面積約12平方米的小帳篷、3條被子、兩輛汽車(chē)，成了13名搜救隊員每天的棲息所。帳篷里睡6個(gè)人，其余人則睡在汽車(chē)里，但沒(méi)有一個(gè)人覺(jué)得委屈。4月22日，震區開(kāi)始下雨，夜里溫度只有十三四攝氏度。潮濕的泥土將鋪在帳篷內地上的紙盒板和棉被浸濕，身上穿的衣服也都不是干爽的，第二天醒來(lái)還是照樣穿上身，不管不顧地投入到新一天的戰斗，沒(méi)有人考慮到會(huì )不會(huì )感冒。隨行的老司機鄭繼榮在潮濕的環(huán)境下常常風(fēng)濕病發(fā)作，肩膀、膝蓋和腿的痛讓他沒(méi)睡過(guò)一個(gè)安穩覺(jué)。

熱水，亦是地震后災區稀缺資源。救援隊員回憶起當時(shí)的場(chǎng)景都笑稱(chēng)，沒(méi)有熱水沖泡方便面，都是直接“啃面餅”。礦泉水、八寶粥、餅干等都是名副其實(shí)的“正餐”。沒(méi)有熱水，不能洗澡，就連上廁所都要自己爬到山里去。據旋翼無(wú)人機小組的隊員們回憶，災區有一些供男士們使用的臨時(shí)“茅坑”——地上挖個(gè)大洞，上面橫放著(zhù)木條。但洞口很深，看著(zhù)嚇人，一不小心一條腿就可能掉進(jìn)去，大家只好紛紛到山里找地方。而在白天和夜里，多達4000多次的余震已經(jīng)多到讓他們習以為常、毫無(wú)畏懼。13人的救援隊成立了臨時(shí)黨小組，由李斌擔任臨時(shí)黨小組負責人。他提出在救災行動(dòng)中實(shí)行一票否決制，即只要13人當中有一個(gè)人提出行動(dòng)有危險，大家就全體后退，不再向前。但令他感到驕傲的是，在這4天的任務(wù)中，即使是行駛在這樣分分秒秒都可能喪命的山路上，都沒(méi)有一人投過(guò)棄權票。

在4天的緊張救援工作中，救援隊員不怕危險，沿著(zhù)險峻、滾石塌方不斷的山路駕車(chē)前往救援現場(chǎng)；冒著(zhù)余震不斷、房屋隨時(shí)有垮塌的危險開(kāi)展救援工作；在地震災區真實(shí)的救援作業(yè)環(huán)境中，不斷積累完善機器人系統的經(jīng)驗和第一手數據；在地震災區救援現場(chǎng)與多個(gè)單位協(xié)調、配合；救援中所使用的三款機器人全部是沈陽(yáng)自動(dòng)化所自主研制的高技術(shù)裝備，是我國首次將機器人應用于地震災區現場(chǎng)救援工作，也是三款機器人第一次實(shí)戰救援應用。團隊成員的拼搏和奉獻精神，以及 在搜索救災行動(dòng)中表現出來(lái)的高效敬業(yè)，得到了國家地震災害緊急救援隊的充分肯定。

探索未知——勇闖世界科技前沿

2006年末，出生于1980年的孫蘭香在沈陽(yáng)自動(dòng)化所攻讀博士學(xué)位剛剛將滿(mǎn)一年，便接到了導師于海斌研究員的一項“艱巨的任務(wù)”—— 一份美國能源部2005年的項目研究報告，中文題目叫《鋁、玻璃、鋼工業(yè)熔融化學(xué)成分的在線(xiàn)、實(shí)時(shí)測量》，所采用的技術(shù)叫Laser-induced breakdown spectroscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)LIBS，中文翻譯叫“激光誘導擊穿光譜技術(shù)”。導師告訴孫蘭香，這可能是一項對我國工業(yè)發(fā)展非常有用的技術(shù)，讓她好好研究一下。

之后的兩年，孫蘭香和幾個(gè)年輕職工在導師的帶領(lǐng)下研讀國內外相關(guān)資料，搭建實(shí)驗平臺，開(kāi)展實(shí)驗和數據分析，對LIBS的基礎積累逐漸加深。2008年底獲得國家“863”計劃項目的資助，項目目標是基于LIBS技術(shù)開(kāi)發(fā)面向冶金生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)分析裝置，孫蘭香擔任技術(shù)負責人。他們要挑戰的應用領(lǐng)域是煉鋼過(guò)程的鋼水成分在線(xiàn)檢測，這是鋼鐵企業(yè)長(cháng)期以來(lái)的迫切需求，但大概也是冶金行業(yè)中最具有挑戰的一個(gè)應用過(guò)程。

當時(shí)項目的核心成員只有3名，孫蘭香、叢智博和辛勇，都是剛剛畢業(yè)的學(xué)生，沒(méi)有什么經(jīng)驗，只能依靠查閱文獻慢慢摸索。第一版樣機出來(lái)后，面對的困難是鋼水熔煉試驗。一個(gè)30千克的電感爐起初沒(méi)人會(huì )操作，由于不懂熔煉工藝，第一次操作因為溫度控制不當導致?tīng)t底燒穿，1600攝氏度以上的高溫鋼水從爐底流了出來(lái)，整個(gè)D樓全是煙塵，還好提前把防護措施準備得很到位，并沒(méi)有造成任何損失。

2010年底開(kāi)始工廠(chǎng)試驗。工廠(chǎng)的合作伙伴是撫順新鋼鐵公司，煉鋼廠(chǎng)的李勇廠(chǎng)長(cháng)非常關(guān)注這項技術(shù)，對工廠(chǎng)試驗給予了很大支持。為了盡可能多地獲得數據，孫蘭香等人連續幾天都工作得很晚。鋼廠(chǎng)的環(huán)境很惡劣，而且設備就安裝在轉爐后，1600攝氏度以上的鋼水就離人幾米的距離，剛開(kāi)始看到時(shí)確實(shí)需要克服心理上的恐懼。一天下來(lái)，即便戴著(zhù)口罩，面部和鼻孔也都是黑色的。再加上鋼廠(chǎng)一線(xiàn)沒(méi)有女職工，也沒(méi)有女廁所，試驗過(guò)程中如果有需要，孫蘭香就得去辦公樓那邊，所以要盡量少喝水。在工廠(chǎng)的大力配合下，試驗很順利，成功獲得了液態(tài)鋼水的分析數據，驗證了裝備和技術(shù)的可行性。經(jīng)過(guò)短短4年時(shí)間，從零開(kāi)始做到了工廠(chǎng)的應用驗證，這也是國內LIBS技術(shù)首次在工廠(chǎng)生產(chǎn)中獲得了液態(tài)鋼水的分析數據，項目也順利通過(guò)了驗收。

此后，在2012年，研發(fā)團隊又獲得了第二個(gè)“863”項目的滾動(dòng)支持，繼續完成鋼水成分在線(xiàn)分析儀的研制，這一期的項目目標是研制一套真正無(wú)須取樣的在線(xiàn)分析裝備，要解決等離子體遠距離激發(fā)、信號遠距離傳輸、厚厚爐渣層阻礙、1600攝氏度以上高溫防護等問(wèn)題，技術(shù)難度非常大。

2014年中旬，樣機開(kāi)發(fā)完畢并通過(guò)了實(shí)驗室測試，開(kāi)始第二次工廠(chǎng)試驗。但是，這次的工廠(chǎng)試驗并不順利，前端探頭雖然通過(guò)了實(shí)驗室小感應爐的測試，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中鋼水上面厚厚的爐渣層使得探頭很容易碎裂。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月，嘗試了將近10種類(lèi)型的探頭，終于與一家耐火材料廠(chǎng)合作定制了一批合適的探頭。探頭成功以后，開(kāi)始了真正的在線(xiàn)測量試驗。轉爐鋼水轉到鋼包里面后，要在鋼包里面調合金并吹氬氣攪拌，攪拌均勻后取樣化驗分析，分析過(guò)程鋼包要靜等結果出來(lái)，等待時(shí)間通常是3至5分鐘。設備就在這個(gè)等待過(guò)程開(kāi)始測量，1分鐘之內給出結果，再跟他們的分析結果比對。連續幾天比對之后，數據的一致性不僅令孫蘭香等人很滿(mǎn)意，也使工廠(chǎng)的工人很驚訝。

2015年1月1日那天，工廠(chǎng)試驗任務(wù)圓滿(mǎn)成功。這不僅實(shí)現了我國鋼水成分在線(xiàn)檢測“零的突破”，也在國際上首次實(shí)現了40噸級鋼包的鋼水成分在線(xiàn)測量。李廠(chǎng)長(cháng)也很興奮，他說(shuō)：“沒(méi)想到你們幾個(gè)小孩竟然把這事做成了，尤其是你這個(gè)看起來(lái)很斯文的帶隊女同志！”

此后，作為課題組長(cháng)和研究員的孫蘭香一直帶領(lǐng)團隊致力于將這項技術(shù)實(shí)用化，并向鋁合金、銅合金、選礦等行業(yè)應用拓展。盡管應用推廣的道路漫長(cháng)而曲折，但始終堅持不懈前行，并在多個(gè)應用領(lǐng)域突破了國內應用的空白?！皡柡Α薄傲瞬黄鸬墓ぷ鳌笔撬麄儠r(shí)常收到的同行評價(jià)。

摘自《中國科學(xué)報》