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宋樂(lè):從大自然汲取靈感,造最酷的“玩具”
受訪者供圖
走進(jìn)天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱精儀學(xué)院)副教授宋樂(lè)的實(shí)驗(yàn)室,很多人都會(huì)被他桌子上稀奇古怪的模型所吸引?!斑@是有‘觸感’的仿生手臂,這是模仿鳥(niǎo)類的飛行器,那些小方盒都是我們模擬昆蟲(chóng)復(fù)眼做的各種鏡頭……”一說(shuō)起他的這些研究發(fā)明,宋樂(lè)就興致盎然。
作為土生土長(zhǎng)、聽(tīng)著相聲長(zhǎng)大的天津人,宋樂(lè)的幽默感是“融在血液中的”,交談過(guò)程中,他時(shí)不時(shí)抖出個(gè)“包袱”,讓人“措手不及”。宋樂(lè)把他的研究方向——仿生智能看作是生物界“模仿秀”。他覺(jué)得,自己的研究成果除了要有應(yīng)用價(jià)值外,還必須具備一個(gè)要素——一定要好玩、有意思?!拔覜](méi)把研究想得那么嚴(yán)肅,它們就像研究者的‘玩具’一樣,要讓人覺(jué)得有趣。用天津話說(shuō),我要做最‘哏’的研究,搞最酷的發(fā)明?!彼f(shuō)。
前不久,由宋樂(lè)負(fù)責(zé)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目組研制出新型仿生復(fù)眼視覺(jué)系統(tǒng),通過(guò)對(duì)復(fù)眼結(jié)構(gòu)及探測(cè)方法等多個(gè)層面的模擬,發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)可能是根據(jù)目標(biāo)發(fā)出的光強(qiáng)度來(lái)探測(cè)目標(biāo)行動(dòng)軌跡。該研究成果近日發(fā)表在國(guó)際期刊《光學(xué)快報(bào)》上,美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)對(duì)其進(jìn)行了專題報(bào)道。
兒時(shí)用廢零件造機(jī)器人玩具
作為一名80后,宋樂(lè)和多數(shù)同齡人一樣,小時(shí)候很喜歡看動(dòng)畫(huà)片,《變形金剛》《魔神英雄傳》《太空堡壘》是他的最愛(ài)?!爸灰蜋C(jī)器人沾邊的動(dòng)畫(huà)片,我都特別喜歡。小時(shí)候,我也愛(ài)玩機(jī)器人,但這類玩具都太貴了,而且買來(lái)的成品機(jī)器人功能太少,玩著玩著就覺(jué)得沒(méi)意思了,于是就琢磨著自己做機(jī)器人。”他回憶道。
說(shuō)起兒時(shí)的經(jīng)歷,宋樂(lè)還有點(diǎn)小得意?!案赣H是教工科的大學(xué)老師,我就近水樓臺(tái)了,家里各種工具都有,材料都是父親學(xué)校校辦工廠的廢零件下腳料。我的‘純手工作坊’可是造出了不少機(jī)器人,我把這些作品帶到學(xué)校,同學(xué)們也很喜歡,就是沒(méi)少被老師沒(méi)收?!彼χf(shuō)。
高考時(shí),酷愛(ài)機(jī)器人的宋樂(lè)報(bào)考了天津大學(xué)機(jī)械系,并順利被錄取。入學(xué)后,隨著學(xué)習(xí)的深入,宋樂(lè)對(duì)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越深刻。
“機(jī)器人是個(gè)太綜合的領(lǐng)域了,做機(jī)器人光模樣像還不行,要想讓機(jī)器人真正像人一樣思考,還得賦予它們智能。那機(jī)器人的智能又是怎么來(lái)的?”為了搞清這個(gè)事,本科畢業(yè)后,宋樂(lè)報(bào)考了南開(kāi)大學(xué)軟件工程專業(yè)的研究生。
讀研期間,宋樂(lè)接觸到了大量實(shí)用的算法。同時(shí),他感到只研究算法是不夠的,要想真正讓機(jī)器人變成“活生生的人”,不光需要聰明的“大腦”,還得有靈敏的“感覺(jué)”。
“要想有‘感覺(jué)’,得靠傳感器,所以后來(lái)考博時(shí),我選擇了天津大學(xué)精儀學(xué)院的測(cè)控專業(yè),這是個(gè)特別綜合的專業(yè),會(huì)研究與傳感器相關(guān)的技術(shù)和方法?!彼螛?lè)說(shuō),在本科、碩士、博士階段,自己分別選了3個(gè)不同的專業(yè),多學(xué)科的學(xué)習(xí)經(jīng)歷,開(kāi)闊了他的學(xué)術(shù)視野,也豐富了自己的知識(shí)面。
為做仿真復(fù)眼惡補(bǔ)生物知識(shí)
說(shuō)起如何開(kāi)始研究仿生智能,宋樂(lè)說(shuō),這與他博士期間做的一個(gè)項(xiàng)目有關(guān)。
那時(shí),宋樂(lè)參與了一個(gè)有關(guān)機(jī)器視覺(jué)的項(xiàng)目,期間他接觸到了很多相機(jī),并在偶然間看到了大量昆蟲(chóng)復(fù)眼的顯微圖片。
“一開(kāi)始看這些圖,我覺(jué)得有點(diǎn)嚇人,但仔細(xì)再看,一下子就被那種精巧的構(gòu)造震撼到了。當(dāng)時(shí)我在想,能否自己加工一個(gè)這樣的鏡片,看看昆蟲(chóng)眼中的世界是什么樣子?!彼螛?lè)一下子找到了一個(gè)讓他覺(jué)得好玩的研究方向,興奮得就像小時(shí)候自己造機(jī)器人一樣。
宋樂(lè)說(shuō),目前階段的仿生復(fù)眼,其實(shí)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了4次改型?!暗?次改是因?yàn)橐曇安粔驈V,索性做了個(gè)全景的,但是用了很多很笨重的相機(jī)。第3次是最關(guān)鍵的1次,只用了1臺(tái)單相機(jī),加上1個(gè)復(fù)眼鏡頭,但這個(gè)鏡頭上只有7只子眼,還是不太像真的昆蟲(chóng)眼睛?!彼貞浀馈?/p>
從小對(duì)生物“不來(lái)電”的宋樂(lè),為做出還原度更高的昆蟲(chóng)仿生復(fù)眼,一頭扎進(jìn)了生物的“海洋”,查文獻(xiàn)、讀資料,整日忙得不亦樂(lè)乎?!皠?dòng)物的世界太神奇了,一旦開(kāi)始接觸,就根本停不下來(lái)?!彼f(shuō)。
“大自然經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年進(jìn)化,很多生物結(jié)構(gòu)都極其精妙且高效。我們?nèi)裟軓拇笞匀恢?,獲取哪怕一點(diǎn)靈感,都會(huì)給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)很多新思路?!彼螛?lè)感慨道,“雖然昆蟲(chóng)是比較低等的動(dòng)物,但是昆蟲(chóng)的復(fù)眼也有人類無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。我們揚(yáng)長(zhǎng)避短,最大限度發(fā)揮其功效,就能為人類所用?!?/p>
“除了復(fù)眼,團(tuán)隊(duì)今后還將嘗試一些其他領(lǐng)域的仿生,比如帶觸覺(jué)的仿人靈巧手、微型撲翼飛行器等?!彼螛?lè)說(shuō),未來(lái),生物和機(jī)器間的界限會(huì)變得越來(lái)越模糊,最終相關(guān)技術(shù)或會(huì)造就一個(gè)人機(jī)協(xié)同、人機(jī)共存的時(shí)代,“這樣的時(shí)代,光想就覺(jué)得倍兒酷”。(陳曦)
編輯:董雨吉
關(guān)鍵詞:宋樂(lè) 機(jī)器人 復(fù)眼