他给起重机以“智慧”

撰文/潘丽娅 摄影/袁丽

国家“四青”人才、科研精英、青年教授、年轻的博士生导师……这一连串评语，是外界对南开大学人工智能学院孙宁教授的整体评价。

入选天津市首批青年人才托举工程、南开大学“百名青年学科带头人培养计划”、天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才、吴文俊人工智能优秀青年奖、顶级期刊杰出论文奖、中国智能制造十大科技进展、吴文俊人工智能自然科学一等奖、天津市自然科学一等奖、天津市专利金奖、天津向上向善好青年……这一连串的荣誉，是孙宁多年来苦心科研收获的奖项。

而面对外界对他的“荣誉加身”，这位33岁的年轻教授始终将自己定位为一名普通的科技工作者。“我一直都在告诫自己，搞科研就要‘耐得住寂寞，撑得起理想，践行科技报国、创新报国的使命’。”孙宁是这样说的，也一直都是这样做的。

孙宁 /南开大学人工智能学院教授，33岁。

科研·启航

2009年，孙宁从武汉大学测控技术与仪器专业毕业后，跨专业保送南开大学，进入机器人研究所直接攻读博士学位。“专业的转变是因为我在2008年的保送面试中，遇到了恩师方勇纯教授，在与方老师交流沟通的过程中，我确立了转专业直接攻读博士的想法。从此，从珞珈山麓来到新开湖畔，我与南开大学结下了不解之缘。”

孙宁说，初入南开大学，他的学习和科研之路并不顺遂，因为本科的研究方向和博士生期间的研究方向不同，孙宁并不能很快入手科研工作。看到师兄师姐们谈论正在进行的科研项目和即将发表的论文，而自己只能看文献，孙宁心里很着急。后来在导师方勇纯教授的开导下，孙宁恢复了平和的心态，安心做好自己的本职工作。“我在学习中是一个较真的人，一旦发现一个值得研究的问题，就会大量查阅相关文献、想尽各种方法去解决，决不轻言放弃。”孙宁就是靠着勤奋与坚持稳步向前。功夫不负有心人，在博士一年级下学期，孙宁发表了他的第一篇论文。而此时，心里有了底的孙宁也才真正摸清科研的门道并开始得心应手。而这篇论文在导师方勇纯教授的悉心修改和指导下，被孙宁先后修改了17 遍才得以发表，也正因为这些，孙宁养成了做事情认真细致、一丝不苟的习惯。

在南开大学学习期间，孙宁收获满满，发表学术论文20 多篇，授权国家发明专利多项，获得天津市“十佳大学生”、第19 届关肇直奖提名奖、研究生国家奖学金、南开十杰、南开大学研究生特等奖学金、教育部博士生学术新人奖等多项荣誉。

科研·创新

2014年，博士毕业的孙宁留校成为南开大学一名年轻教师，并继续他的科研工作。

“最令我开心的是，我找到并确定了我喜欢且非常有意义的研究方向。”孙宁说，他的主要研究方向包括欠驱动机器人、气动人工肌肉机器人、特种工业机器人等系统的智能控制与应用。目前，他在工业起重机及有色金属浇铸领域的都取得了优秀的成绩。

作为经济建设的“负重脊梁”，制造业、建筑业等必须以起重机为支撑。然而，现有绝大多数起重机仍依赖人工操作，缺乏高性能的智能控制平台，系统的安全性及工作效率完全依赖于操作员的经验，越来越难以满足现代化生产的需求。目前，我国的起重机行业依然处于产业链底端，迫切需要技术创新。针对上述问题，围绕“起重机智能控制及安全监测”主题，孙宁所在团队把起重机作为一种特殊的机器人，针对不同需求提出了相应的智能感知、规划及控制算法，同时，实现了行人等动态目标检测、三维工作空间重建、快速智能“防摇”、平稳竖直起降、手自动平滑切换、紧急情况下的安全制动等功能，涉及传感配置、信息处理、算法集成、系统开发等多项关键技术。在“十二五”国家科技支撑计划等项目的支持下，孙宁所在团队联合企业研发了国内首台32 吨智能工业起重机。为了尽快促进智能起重机技术的产业化，目前他们正在针对起重机感知与控制领域的一些更深入、更实际、更难啃的问题开展深入研究，孙宁也获批了国家自然科学基金（联合基金）重点项目的资助。

有色金属是国民经济和国防军工发展的重要基础原材料，而有色金属浇铸过程是有色金属冶炼的关键环节。有色金属浇铸过程中核心的环节之一是修锭，即切削掉有色金属铸锭表面的金属毛刺，提高平整度。“修锭水平的高低直接决定了有色金属铸锭产品质量的优劣。在高温、高腐蚀、高粉尘、强毒性的恶劣环境下，关键工序主要依靠人工操作，这不仅对工人的作业安全和生命健康危害极大，还导致作业生产效率低下，产品质量稳定性难以保证。”针对有色金属修锭环节，孙宁所在团队研制了面向有色金属修锭作业的智能感知、规划与控制系统，能够实现生产线上有色金属关键信息的实时准确提取、机器人最优作业轨迹规划、打磨力精准控制等功能，大幅优化了锌铸锭的残余毛刺面积、平整度、修锭效率等重要指标。目前，这一技术成功应用于株洲冶炼集团股份有限公司的锌铸锭生产线。孙宁说，接下来，相关技术将进一步应用于株洲冶炼集团股份有限公司的锌合金生产线及河南豫光金铅股份有限公司的铅生产线。

科研·坚持

“对于很多人来说，科研其实是一件很枯燥乏味的事情，如果不是心存热爱，很难坚持下去。大量的文献查找，大量数据的反复验证，一遍又一遍进行试验，这都是我们工作的常态。”孙宁说，他遇到过很多“难啃的硬骨头”。目前，他们正在联合中科院沈自所、中南大学、株洲天桥起重、株洲冶炼集团、河南豫光集团等多家科研单位和企业开展国家重点研发计划项目。项目中，孙宁所在团队承担有色金属修锭作业这一部分的研究工作，需要用相机在复杂背景、光照变化的情况下提取金属铸锭的运行速度、毛刺位置等，进一步规划机器人的运行路径与轨迹，对毛刺进行精准磨削，整个研究过程没有可供参考的相关文献资料。为此，孙宁与同事、学生一次次次往返于湖南的企业现场，在高温、高粉尘环境下反复测量、采集实验数据，并根据这些数据在南开大学实验室搭建了一个模拟平台，在模拟平台上进行了大量实验，调试成功后，又返回企业现场进行实际应用，最终实验结果很成功。这一次的研究过程，让孙宁认识到很多科研问题来自于实际，科技工作者必须走出实验室，从实际中来、到实际中去。

谈到接下来的研究方向，孙宁说：“现阶段，我的研究重点依然是理论与实际‘两翼齐飞’，对于正在开展的‘起重机智能控制’‘有色金属修锭机器人感知与控制’，将在已有基础上进一步提炼关键实际问题，予以一一击破。”未来，孙宁还将继续深耕欠驱动机器人、仿生驱动机器人的规划、控制等基础理论问题，开展持续研究，继续走理论研究与实际应用相结合的路线，力争将研究成果更多地应用于实际。“这是我的理想，也是我一直以来坚持的动力。”