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从书海到探海 科研点亮梦想
供稿单位:哈尔滨工程大学     发布日期:2021-06-03     点击数:1089

       方亮,2017级陈赓班学员,留校直博。荣获陈赓创新人才奖学金2万余元,曾获第六届中国“互联网+”大学生创新创业大赛省级银奖,“中电十所”数学建模竞赛特等奖、全国大学生数学竞赛二等奖等,申报国家发明专利1项,主持国家大学生创新创业训练、创新优势培养项目等研发立项。

       “惬意的图书馆里,独自享受充电的快感,手指轻轻触碰屏幕,需要借阅的书籍自动飞到身边……”2017年高考后的一个梦境,让方亮着迷,梦与现实的距离,就是科技创新的距离。在不断缩短梦与现实的距离过程中,方亮也逐渐找寻到奋斗的方向与价值,“灵光一现、步步为营、迭代创新、一念非凡”指引他的科研之路,也沉淀为他的团队文化。

梦境:奇妙的图书馆

       人类对科学的探索都是从“灵光一现”的奇思妙想开始的,向着目标勇敢地迈出第一步,无论成功失败,都会距离科技文明更进一步。

       2017年,方亮考入哈尔滨工程大学,以优异的成绩就读于陈赓班。经历了“五四杯”“启航杯”等大型科创赛事,见识了师哥师姐们的奇思妙想,学校良好的科创氛围唤醒了方亮心中那个奇妙图书馆的智能梦。

       “无人化智慧书库系统”——方亮提出了一个大胆的设想,作为人们学习最普遍的公益场所,图书馆每天要接待数以千计的读者,面对门类繁杂、数量众多的书刊,读者找一本书往往要花费很长时间,而图书管理员整理书籍工作量巨大。该系统就是要通过智能感知、自主导航、高精度三维立体定位技术,由机器人代替读者、图书管理员去完成寻书、上架的过程,从而解决读者寻书难、管理员理书难的困扰。

       方亮向其学业导师沈艳教授汇报了“无人化智慧书库系统”的想法,“人类对科学的探索都是从奇思妙想、大胆尝试开始的,向着目标勇敢地迈出第一步,无论成功失败,都会距离科技文明更进一步。”在沈艳的鼓励帮助下,在学院和学校科技创新平台支持下,方亮与学校图书馆建立了联系,为后续的实验奠定了基础,同时也开启了方亮心中的科创大门。

梦想:无人化智慧书库系统

       “量子熵”代表青年一代勇立时代潮头,敢发思想先声的科技创新精神。带着这种勇攀科学高峰的科学精神与信念前行,便会“步步为营”,收获意想不到的效果。

       方亮课后一有时间便泡在图书馆,查找资料,为他“灵光一现”的无人化智慧书库系统找到理论支撑;他与图书馆的老师和读者交流,了解他们需求,寻找技术突破口;他充分调研市场上投入使用的无人系统,为下一步的科创积累经验。几个月下来,“无人化智慧书库系统”框架与雏形在他头脑中明了清晰。

       在方亮的影响带动下,精钻软件开发、操作系统的闵旭宇、张云杰,擅长图像识别、语义分割、目标检测的刘震、张家鑫先后成为方亮并肩作战的伙伴,他们共同成立了“量子熵(QEntropy)前沿科技创新团队”。在大家看来,“量子熵”中的量子是世界观,代表科学的前沿方向,洞悉万物的微观本质;熵是方法论,引领创新的思路和方法。‘量子熵’代表青年一代勇立时代潮头,敢发思想先声的科技创新精神。希望大家能够以此为导向,以敢闯敢拼的劲头勇于创新。”方亮说道。

       在校图书馆有关负责人的帮助下,图书馆的B1书库作为团队的实验场地,方亮带领队员们反复进行“无人化智慧书库系统”的实验工作,2018年,团队构建了第一代遥控探测平台,结合RGBD深度摄像头有效解决了对目标书籍智能感知和高精度三维立体定位问题;2019年,团队在原有平台的基础上进行升级改造,逐步构建了第二代无人自主立体智能感知平台,通过搭载激光雷达和深度摄像头,实现了机器人在室内无人书库环境下的自主导航、动态避障以及对目标书架的三维稠密重建。

       从2018年至今,“量子熵前沿科技创新团队”已由当初的3人发展到现在的13人。随着团队成员的增加,“量子熵”团队注入了新鲜的血液,在技术交流的过程中,队员们的智慧不断碰撞,基于“无人化智慧书库系统”项目,技术上不断创新,距离团队的梦想也越来越近。

梦续:无人化智慧走向深海

       “迭代创新”,重复改进或创造新的事务,这是发现问题、迅速求解、获取和积累新知识的过程,为科研带来无限可能。

       实现一个项目的“迭代创新”并非易事,在这期间会遇到许多“卡脖子”的“硬骨头”,方亮带领团队在坚守梦想中团队炼就科研素养。

       在前两代智能感知平台的基础上,方亮创新性地提出智慧书库系统数字孪生化的基本概念,摸索出了基于书库立体智能感知机器人的无人化智慧书库系统的有效解决方案。面向大规模无人书库,基于信息物理系统,实现海量目标书籍的数字孪生体,可有效解决广大读者普遍存在的寻书难和图书管理员的理书难问题,帮助读者在茫茫书海中迅速找到目标书籍,帮助图书管理员更科学、高效的调整书库布局。

       无人化智慧书库系统的构建相当于一个完整的系统工程,其不仅涉及单体机器人的智能感知、动态决策过程,更需要多体机器人之间的有效协同和群智涌现;如何提高书库立体智能感知机器人与环境的动态交互能力,进一步提升智能化水平,形成一套能长期稳定运行的低成本智能感知与决策的前端后端框架,都是“量子熵”亟待解决的问题。方亮带领团队逐步探索无人化智慧书库系统的解决方案,并以此申报国家发明专利。

       大二时,在《探测制导与控制专业导论》课上,结识了海洋装置与控制技术研究所所长严浙平教授,严老师带领方亮参观了海洋装置与控制技术研究所,讲述了团队的历史。那一次,方亮被老一辈军工人把满足国家需要、国防需求作为人生追求的使命感深深感染,墙上的十二字箴言“敢想、敢为、敢赢,求真、求实、求严”始终萦绕在脑海。方亮找到了心中的兴趣,找到了科研报国的方向,树立了海洋强国的理想信念。从那时起,方亮思考将智能感知技术从地面延伸到水下,追随严浙平教授学习水下无人系统相关技术,他的智能梦也变为更广阔的海洋强国梦。

梦圆:为梦境插上现实的翅膀

       “一念非凡”,是在灵光一现、步步为营、迭代创新之后,实现科研项目的基础创新、源头创新、颠覆式创新的关键,以此推动社会生产力的发展、科技的进步。

       从梦境到梦圆,方亮经历了灵光一现的奇妙,走过了步步为营的艰辛,跨越了迭代创新的鸿沟,他以敢闯敢拼的劲头,将梦境还原为现实,为梦想插上一双翅膀,实现了智能技术从陆地到水下的成功转型,圆梦深海大洋。

       未来,方亮有两个愿望,一是将继续带领“量子熵”团队,将无人化智慧书库系统进行升级,让越来越多的人走进奇妙的图书馆,感受智能科技为生活带来的便捷;二是跟随严老师所在团队一同探索海底奥秘。