如何圆梦夺冠

王志刚

北京时间2018年8月6日，历时7天的第21届RoboSub国际水下机器人竞赛在美国圣迭戈落幕，由哈尔滨工程大学刘文智教授指导的学生团队赢得本届冠军。如果说将国际水下机器人竞赛比作全球水下机器人的“奥运会”，那么这次哈尔滨工程大学的夺冠无异于1984年许海峰（“中国奥运金牌第一人”）夺冠，实现了相关领域“零的突破”。这则消息让人备感振奋。

稳中求胜

“按理说去年我们至少应该能够拿到亚军！”刘文智半开玩笑地说，“由于我们学校（原中国人民解放军军事工程学院）的特殊性，美国不给我们发签证，2017年只能让四名学生单独去参赛。”事实上，早在2010年时，刘文智带领的E唯代表队就因没有签证而不能赴赛。

2018年8月1日，刘文智和其他几位带队老师仍在国内。没有签证，面对太平洋，刘文智举步难行。与此同时，大洋的另一面，第21届RoboSub国际水下机器竞赛已经开赛第二天。而有惊无险，这一天刘文智等到了难得的美国签证，带着团队即刻飞往了美国。

抵达比赛现场，领到参赛证件之后，学生们迅速来到比赛位置，在工作人员配合下，开始对机器人的导航、控制、识别等各项系统进行逐一调试。“幸运的是，赛前的签证风波并未对学生造成影响。”事后刘文智回忆说，但由于环境变化，机器人却显得不淡定了。在调试中，机器人原本通过传感器进行水下定位识别的路径严重跑偏。刘文智用东北味十足的话开玩笑说：“相应情况在家（指哈尔滨工程大学）都有预料，可没想到会那么严重。”

面对严重的硬件问题，赛场上显然没有可替换的设备，因此，刘文智与守在电脑旁的学生思虑片刻，转换思路，决定通过软件方法来解决硬件问题。于是放弃原有的传感器程序设定，改用声导航系统进行测试。像半路杀出个程咬金，刘文智的E唯代表队在预赛中以第一名的成绩有惊无险地闯入决赛。

决赛时，透过清亮泛着淡蓝的池水，刘文智发现有好几次明明有待识别物，国外的机器人却没能抓住。而当自己的水下机器人下水后，刘文智同样会担心自己的机器人会“眼盲”，无法精准识别。刘文智对《中国名牌》记者回忆说，机器人每抓到一次识别物，自己吊着的心就放下一截。

一路的有惊无险，又一路的稳扎稳打，刘文智带着团队最终在此届竞赛中圆梦夺冠。

厚积薄发

相比麻省理工大学、康奈尔大学等老牌国际名校，哈尔滨工程大学在2009年才开始参与这项国际顶尖竞赛，而此时RoboSub国际水下机器人竞赛已经举办了11届，期间，康奈尔大学是其中翘楚，共7次夺冠。事实上，直到2012年，哈尔滨工程大学的水下机器人赢得竞赛第4名的成绩时，刘文智才感觉到来自国外强队在态度上的明显转变，此前的3年里，这种存在感很弱。

从边缘队伍到冠军强队，刘文智带领自己的团队走了10年。伴随着比赛规则的逐渐复杂与技术要求的不断提高，刘文智不止一次地表示，实际上，这类比赛一直在反推E唯代表队在技术上的成长与突破。2012年，刘文智借比赛的机会邀请到AUVSI（国际无人系统协会）负责人来到哈尔滨工程大学演讲，他告诉刘文智说：“从来没有一支队伍像你们这样，发展得这么快！”

对此，刘文智有自己的看法：“不要光看成绩光鲜，我们在成绩上的‘突飞猛進不是朝夕之事，这背后是我们十几年来的技术积累。”他告诉《中国名牌》记者，10年的时间里，自己主导的水下机器人研究项目在技术上实现了两个突破：其一是水下机器人自主决策能力的提升，实际上，对整个无人系统技术而言，自主能力也是技术研发的核心；其二是水下机器人单目识别系统向双目立体识别系统的改进。

2017年，由于刘文智没有拿到美国签证，所以只有四名学生来到美国圣迭戈参赛。但赛后，观看学生带回的比赛录像时，发现了机器人原有的单目识别系统，无法在水下判断目标识别物的距离，从而无法准确定位目标，影响到机器人整体作业时的稳定性。经过1年的技术研发与试验，能够进行立体识别的双目系统成功稳定地用在了2018年的水下机器人的设计中。同时，刘文智将人工智能算法引入水下机器人系统中，经过一个夏天的研究与反复试验调试，E唯团队的水下机器人拥有了稳定的自主决策力。

“其实，研发过程中的瓶颈会有很多。”刘文智坦言，“就拿比赛而言，每一年的规则和技术要求都在提高，但活动也相应推动了技术的发展，我们每一年的技术都有很大变化。”水下环境复杂多变，这就要求机器人技术的适应性足够好，才能保证机器人的稳定性。而在这方面，哈尔滨工程大学多年积累的学科优势起到了非常关键的作用，比如水声、导航等技术方面，哈尔滨工程大学具有很大优势，这也直接助力了团队的新技术研发，缩短了试验周期。

经历数十年的比赛，刘文智总结，自己的团队在运动控制、模式识别方面又有了新的突破，这对于整体技术的研发起到了直接的促进作用，同时推动团队科研和教学向更高阶迈进。

意外收获

对刘文智来说，以前的项目研发多是集中在军用方面，很少会考虑自己的研究在民用方面具有哪些应用价值。但在国家自然科学基金委员会主办的2017首届水下机器人抓取大赛上，当他看到水下机器人几分钟抓了20多个海参时，刘文智有了新的想法。

“因为以前我们并没有将自己的工作方向放在市场和潜水员抓海参方面，后来通过这个比赛，我发现民营企业还真的有需求。”从关注这个领域到做出第一台样机，刘文智带领团队仅用1年时间就实现了技术转化。他告诉记者，从实验室的实验记录来看，样机采捕海参的速度已经超过人工抓取的速度。之后，再配合人工智能的软件，增强机器对海参的识别能力，未来的样机就可以完全替代潜水员用于生产了。

为此，刘文智似乎要向记者证明他这个“意外收获”的价值，特意向记者介绍了农业部的相关文件。记者看到，根据农业部发布的《国家级海洋牧场示范区建设规划（2017-2025）》，截至2016年，我国已建成海洋牧场200多个，涉及海域面积超过850平方公里，而到2025年，预计建成国家级牧场示范区178个。显然，如此规模的海洋牧场所产生的市场需求是非常可观的。

目前，我国鲍鱼、海参、扇贝等底播增殖型海洋牧场的采捕生产，依靠的仍是人工潜水和传统工具，存在着劳动强度大、安全风险高、生产效率低、采捕成本高等突出问题，这给海洋牧场的工业化造成巨大障碍。因此，刘文智难掩兴奋地告诉记者：“现在市场上还没有相应的研发产品，如果自己的此项研究能够顺利进入市场，就相当于填补了一个市场空白。”这个“填补空白”对于作为学者的刘文智而言，似乎要的结果比项目本身的市场化更具吸引力。

其实，刘文智团队研发的水下机器人，不仅仅可以进一步推动国家海洋牧场的工业化发展，同时也能够在海洋科学研究领域起到积极作用，比如对水下含氧量、叶绿素的检测，在水下研究对象的采样等方面也会有很大的作用。

对于刘文智而言，这些“意外收获”像是无心插柳柳成荫，而在记者看来，这其实是水到渠成的结果。

当被问及未来的目标时，刘文智干脆利落，脱口而出：“我的目标就是三年内，再拿三次冠军，给世界看看中国水平。”根据记者统计，自1998年第一届RoboSub国际水下机器人竞赛以来，累积21届的赛事结果中，康奈尔大学、麻省理工大学、佛罗里达大学这三所美国大学几乎包揽竞赛的冠军（15次夺得竞赛冠军）。而哈尔滨工程大学是其中唯一的亚洲高校。

在水下机器人的领域里，虽然不能说中国已处于引领地位，但肯定不再是第二梯队的尾随者，而是在第一梯队里至少在与美国同步跑。刘文智最后告诉记者，做研究要始终保持一个科学的态度，就不会走到误区里，就能少走弯路。