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熊蓉:后发先至 巾帼不让须眉

作者:袁晓军 时间:2017年05月19日

人物名片:

    熊蓉,女,民盟盟员,浙江大学控制科学与工程学院教授、博士生导师,智能系统与控制研究所机器人团队负责人、科技部智能机器人重点专项专家组专家、浙江省151人才工程第一层次人员。研究方向为自主移动机器人的感知与控制。承担国家自然科学基金项目5项、863课题4项、浙江省重点科技创新团队1项,已发表SCI/EI论文50余篇,授权国家发明专利28项、美国发明专利1项,作为第一获奖人获2013年浙江省科学技术奖一等奖、2014年浙江省教学成果奖一等奖,并获2017年全国五一巾帼奖章。

   熊蓉老师自2000年起从事机器人关键技术研究,主要研究方向为仿人机器人、环境地图构建、人机交互。在由熊蓉老师作为技术总负责人的863重点课题“仿人机器人感知与控制高性能单元与系统”的研究中,熊蓉老师带领团队完全自主研制了仿人机器人自主打乒乓球系统,创造了人机推打145回合、双机器人推打114回合的记录。此外,熊蓉老师还带队参与各项重大国内外机器人赛事,共获得国家奖项20余项、国际奖项十余项,其中全国冠军奖项11项、世界冠军2项,让中国机器人第一次站上了小型机器人足球世界杯赛(RoboCup)的巅峰。

   向上求真唯美有容是熊蓉教授的真实写照,从整理编写资料、管理邮件服务器的实验员到浙江大学机器人科教实践基地负责人,再到率领浙江大学机器人团队斩获国内外各种重大奖项,在工程学这个男多女少的领域,熊蓉教授披荆斩棘走出了一条自己的道路,完美诠释了何为“巾帼不让须眉”。

奋起直追,自主研发第一代机器人

   在科学的险峰上并无捷径可走,每一名科研人员都是勇敢的攀登者,呕心沥血地踏出一个接一个前行的脚印。从一名普通的实验员到机器人专业的学术翘楚,熊蓉老师实现了自身的完美转变,然而常人往往难以体会,这一过程中熊蓉老师所付出的艰辛与经受的考验。

   1997年,熊蓉从浙江大学计算机专业硕士毕业。为了接触更多的知识,她没有像应届毕业生一样去企业工作,而是选择留校当了一名实验员。那时候她在实验室的工作就是理编写资料、设计实验室网页、管理邮件服务器。与此同时还担任本科生班主任,承担计算机文化等课程的教学,工作虽轻松却也与前沿技术绝缘。所幸闲适的工作并不能消磨她的意志,“你看到别人都在跑,自己却在慢悠悠地走。”不进则退,当看到实验室的老师同学都在为课题忙碌的时候,熊蓉觉得不能浪费这大好时光和机会,应该努力汲取知识。于是她开始了自学之路,自己找课上,“厚着脸皮”跟其他老师做课题,一点一滴地提升着自己。

机会总是青睐有准备的人,熊蓉的努力领导看在眼里,记在心里。2000年,实验室领导在国外交流时偶然看到国外的足球机器人比赛这一新颖的形式,便决定以机器人为切入点推进人工智能的研究。回国后领导第一个想到的就是不怕吃苦,积极进取的熊蓉。

对于本科与硕士都是计算机专业的熊蓉来说,研发机器人是一个不小的挑战。此前她对控制和机械学科基本一无所知。更严峻的情况,是当时机器人对于整个控制系都是陌生的领域,也毫无相关研究经验可循。“当你专注在一件事情上,想着就是如何去解决它,而不是在脑子里面想着有多么困难。”面对这个“无米之炊”的局面,熊蓉没有畏惧,而是迎头直上。没有控制、机械学科的专业知识,就去图书馆查阅相关资料,向控制、机械的师生求教。没有研发机器人的经验,就去东北大学调研学习。当时东北大学的机器人研制水平在全国高校位居前列,熊蓉老师的团队甚至采购了东北大学一整套机器人装置,然而这套系统经过两年的开发,连基本的步行问题都没有解决,这对于熊蓉老师年轻的团队毫无疑问是个很大的打击。

   经验积累先天不足,技术突破遥遥无期,对大多数人而言,这种情况下放弃恐怕是最轻松的选择。然而熊蓉老师不仅没有被困局浇灭斗志,反而愈挫愈勇,她带领3个研究生从细节入手,反反复复地推演实验,集中力量,一个问题一个问题地展开攻坚。当时他们将国外论文中几乎所有的方法尝试复现了一遍,再在这些方法的基础上进行扬弃和进一步创新。在熊蓉老师团队的戮力同心下,浙江大学第一代的FIRA足球机器人诞生了,虽然它只是一种60厘米高,没有双足的轮式机器人,但它却标志着一个崭新的开端。起步时的筚路蓝缕,为日后的研发打下了夯实的基础,熊蓉老师的机器人团队自此开始走上了研发的”快车道“,不断地向着”世界顶尖水平“靠拢。

扬眉吐气,带领“国足”拿冠军

   “足球机器人涉及多机器人之间的任务协作,涉及动态情况下多机器人的智能避障问题。”足球是一项动态运动,它要求机器人在比赛中不断运动的同时,实时感知环境并作出最合适的反应。通过机器人足球比赛,可以在这些足球机器人身上进行探索和试验,以检验机器人的协作与智能避障水平。正是为了验证团队自主研发的机器人的智能水平,熊蓉老师带领她的团队走向了RoboCup比赛。RoboCup是国际上最著名的的机器人比赛之一。它的规则是训练机器人进行足球比赛,分为小型组、中型组、标准平台组和仿人组。2004年,熊蓉老师带领的ZJUNlict团队第一次参加RoboCup机器人世界杯小型组比赛,很遗憾当年没进小组赛。在实战的磨练中,ZJUNlict迅速成长,在接下来的几年中成绩逐步提高,2007年和2008年进入了前四。2013RoboCup机器人世界杯在荷兰埃因霍温成功举办,来自全球40多个国家的数百支代表队,2500名选手同台竞技,其中包括曾经蝉联四届RoboCup冠军,全美计算机专业排名第一的卡耐基梅隆大学。而最终与卡内基梅隆大学队角逐冠军的,正是黑马浙江大学ZJUNlict团队。当比分僵持在66时,卡内基梅隆大学队的一记点球被ZJUNlict队的“守门员”成功扑救,浙江大学队最终得到了胜利女神的眷顾,第一次夺得了世界级机器人赛事的桂冠,向世界证明了自己的水平。

   这一年熊蓉老师的团队战果累累,分别获得了机器人世界杯小型组冠军、仿人组季军。据队员回忆,为提高足球机器人动态控制水平,发挥出更高水平,赛前熊蓉老师会带领同学们观察历年比赛视频,研究对手的攻防特点,并针对对手的弱点设计多套方案。赛后,熊蓉老师也总是会抓住每一个和赛友交流的机会,弥补自己的不足。对于ZJUNlict团队,加班加点是常事,队员们也都是“拼命三郎”,而在队员每次晚上加完班离开实验室时,熊蓉老师办公室的灯,往往都还一直亮着,甚至同学们查收熊蓉老师回复的邮件时,时常会发现发送时间是在凌晨。

   在西雅图的亚马逊抓取机器人比赛开幕前夕,团队成员胡晋和他的队友们陷入了手足无措的境地——参赛机器人上的电机由于固定不当脱落了,这意味着他们的机器人将损失超过一半的运动能力,在队员们陷入混乱之中时,是熊蓉老师沉着冷静地组织队员们进行头脑风暴寻找问题的解决方法。“多亏有熊老师稳定军心,与我们一起讨论、想出办法,并组织大家购买材料一起动手解决了这个问题”。——在赛后,队员们无不佩服熊蓉老师的冷静与理智。其实比赛时熊蓉老师比队员们更加紧张,往往不敢看自己队的比赛,所以总是故意跑到别的比赛场地去。强大的责任感使得熊蓉老师克服了紧张的情绪,成为了队员们最坚强的后盾。

   正是由于熊蓉老师认真严谨的工作态度和强大的责任心,浙江大学的机器人比赛团队才能够在不断的历练中成熟,不断地突破自身,创造新的辉煌。

由小入大,“悟空”大放异彩

   小型足球机器人研发的成功固然值得我们为之骄傲,但对于熊蓉老师,还有更”大”的任务要去完成。

   曾让熊蓉老师感到压力最大的便是承担国家科技部863重点课题“仿人机器人感知控制高性能单元与系统”。

   2007年国家科技部在讨论大仿人机器人的立项和确定指标。熊蓉老师本来计划只承担机器视觉这一部分,而院系领导希望她的团队能够承担整个课题的内容。“其实最开始的时候我是内心是有一点抗拒的”熊蓉说,当时同时承担课题的北京理工大学在大仿人机器人领域已经深耕二十余年,“我们之前主要研究小型足球机器人,在大仿人机器人方面就是零基础,连基本的步行还有问题。”如果承担这个项目就意味着熊老师的团队在无形中和北理产生了竞争,验收时两个团队的技术成功将被放在一起比较,与有深厚积淀的北理团队比拼技术,整个团队不是很有信心。但熊蓉老师认为机会来了不抓住更是一种遗憾,“做了小型机器人之后就想做大的”虽然此前小型机器人已小有成就,但是在大仿人机器人方面还是抓瞎,何不趁这次机会打开大仿人机器人的突破口?与其在那里纠结浪费时间,不如静下心来好好做。”

   在熊蓉老师的带领下,团队将诸多顾虑排除在外,心无旁骛地攻克大型仿人机器人的技术关卡,最终历时4年多研制出了兵乓球机器人“悟”和“空”。如今“悟”和“空”机器人系统已经不仅掌握成了机器人高速视觉感知、灵巧运动规划和精准平衡控制技术,而且实现了对旋转球的运动建模、状态估计和轨迹预测。对于旋转球的状态估计精度和预测精度也达到了国际领先水平。悟空既能跟人对打,又可以自己组成双机器人对打,并领先国内外实现了接打旋转球技术。“悟”和”空”不仅是在863课题的验收时的一份完美答卷,更是让国外的媒体都对其刮目相看,美国国家地理频道(National Geographic Channel)于2016年委托新加坡Beach House电视台前来浙江大学机器人实验室拍摄“Machine: Impossible”主题的纪录片,而浙江大学是国内唯一收到拍摄邀请的高校。

   2000年至今,熊蓉老师和其团队研发了多套拥有自主知识产权的机器人系统,包括在机器人大赛屡屡获奖的足球机器人、仿人乒乓球机器人“悟空”以及在上海世博会展示的海宝机器人。不仅如此,团队通过机器人平台对智能算法进行探索、验证,最终将技术与实际工业应用和生产进行了结合。如今,娃哈哈饮料生产流水线、福州鼓山变电站、萧山涌潮变电站、新疆甘泉堡电力整流室都在使用着熊蓉团队“中国芯”的高品质机器人。

   这些骄人的成就以及业界的认同并没有让熊蓉老师产生骄傲和懈怠的情绪,她始终保持着“不进则退”的初心。机器人领域的发展日新月异,熊蓉老师与她的团队不敢有一丝松懈,时刻保持着与最前沿技术的接触。在人工智能迅猛发展的今天,她又有了新的目标:“机器人的智能性还需要提高,之前虽然探索了很多的智能化算法,但是在某些情况下最优化决策会失效。”目前最为流行的深度学习技术对于解决以往积累的问题或许有帮助,甚至很可能会成为机器人技术的新突破点,目前熊蓉老师正带领团队在这一领域探索,揭开了浙江大学机器人技术研究的新一篇章。

不忘初心,当以教书育人为己任

科研与教学相互促进,科研创造知识,教学则传授知识。把机器人的教育和科研结合起来,一直是熊蓉老师的教学目标。在浙江大学执教的十几年中,她建立起了全方位、多层次、宽领域的机器人学科教学体系。“把一个事情真正讲清楚,让学生真正理解消化吸收”这是熊蓉老师的一贯教学原则。科研要知行合一是熊蓉老师的教学理念,她希望自己的研究生们站在更高的角度去阅读文献,并养成做笔记的好习惯。首先同学们要了解所有的相关方法,明确它的意义和创新点,也要分析它的不足。下一步则是自己要去实现,实现的过程中不仅能让同学们把文献中未提及的细节性问题弄清楚,并且能发现新问题。最后去解决这些新问题,解决问题的过程实际就是进行创新的过程。想要创新,只靠阅读是不够的,必须要去实践。其次,熊蓉希望当代的研究生选择自己的专业时,更多的考虑与兴趣结合,而不是过分关注今后的工作待遇。秉持着认真负责的教学态度,她成了控制学院最受欢迎的老师之一,她的《智能机器人移动技术》涵盖了机器人技术的方方面面,内容丰富,成为了研究生们心中的抢手课。为了给学生授道传业解惑,大到一个原理小到一个公式,熊蓉老师都会认认真真地讲详细讲清楚。在2012年和2014年熊蓉老师分别获得了浙江大学教学成果奖一等奖(排名2)和浙江省教学成果一等奖(排名1)。

“每个学生都是一块待雕琢的璞玉,每个学生都有他的潜能。而老师不仅要在学术、学业给予指导,而且要对他们的发展给予一个引领性作用。老师们激发他们的潜能,发挥出他们的特长,让他们成为一颗光彩夺目的宝石。”2001年,熊蓉老师建议学校成立了机器人科教实践基地,让学生有了展示自己的广阔舞台。她花费了大量的精力和时间指导学生,她善于发现每个学生特长和潜能,让他们每个人各尽其能,发挥所长。通过机器人实践平台,不仅组建了夺取足球机器人世界冠军的浙大ZJUNlict队,而且培养了一批理论知识与实践能力兼具、严谨素质与创新思维并有的优秀学生,推送了一批学生到卡内基梅隆大学、斯坦福大学、东京工业大学等国内外著名高校继续深造。多名毕业工作的学生在ABB、微软、罗克韦尔、通用电气、NIMarvell等著名企业担任重要职务,成为技术型领导人才。曾经在机器人赛场上头角峥嵘的团队成员,如今已成为能够独当一面的技术精英——盛宇,曾负责小型足球机器人策略系统,目前在卡内基梅隆大学机器人中心做博士后,从事机器人图形方面的研究;张佳帆,曾担任仿人足球机器人队长,目前在ABB继续从事机器人研发工作,两年内已成为ABB研发中心主任工程师,技术负责人。

熊蓉老师以身作则,为学生们树立了榜样,在数十年如一日的科研生活中言传身教,培养出了一代又一代的优秀人才,相信在熊蓉老师的影响下,他们也会投入到自身研究领域的前线中,为人类技术的进步作出自己的贡献。

“民盟聚集了很多优秀的人才、各个领域的知识分子。民盟不仅为其成员提供一个了互相交流、学习的平台,而且也为国家的发展贡献智慧和力量。”正因为如此,熊蓉加入了民盟。可以预见,正有许多像熊蓉一样优秀的民盟成员以自身的独特魅力影响着教育文化事业,甚至是国家的发展。

 

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