探訪省遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——

“頂天立地”做科研，東大“智造”機(jī)器人閃耀太空

新華日?qǐng)?bào) 2022年2月23日 第11版

本報(bào)記者 謝詩(shī)涵 王子杰

一條長(zhǎng)長(zhǎng)的走廊，數(shù)十個(gè)面積不大的房間，聚焦遙操作機(jī)器人領(lǐng)域，每間房里都有著各自的“擅長(zhǎng)”——這是記者對(duì)省遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的初步印象。十二名教師，百余名學(xué)生，這個(gè)團(tuán)隊(duì)同樣也是生物電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重要組成力量。

近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室主任、東南大學(xué)首席教授宋愛(ài)國(guó)帶領(lǐng)的教師團(tuán)隊(duì)圍繞載人航天與探月工程、核電安全工程、助老助殘康復(fù)等領(lǐng)域的重大需求，長(zhǎng)期開(kāi)展遙操作機(jī)器人的前沿基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)研究。不久前，這個(gè)團(tuán)隊(duì)入選教育部第二批“全國(guó)高校黃大年式教師團(tuán)隊(duì)”，辦公室里滿墻的榮譽(yù)證書(shū)和獎(jiǎng)?wù)轮?，又增了閃亮的一筆。

“要做天上的科技，也要做民生的科技”

“傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人是在既定程序下重復(fù)精準(zhǔn)作業(yè)，但面對(duì)復(fù)雜未知的環(huán)境，傳統(tǒng)機(jī)器人達(dá)不到人類智力水平，因此需要將人的智力與機(jī)器人的適應(yīng)性相結(jié)合，從而構(gòu)建人機(jī)交互臨場(chǎng)感遙操作機(jī)器人。”宋愛(ài)國(guó)向記者解釋，例如在空間探測(cè)、深海開(kāi)發(fā)和原子能利用等領(lǐng)域，常人難以到達(dá)極限環(huán)境，因此需要通過(guò)各種傳感設(shè)備測(cè)量人肢體的運(yùn)動(dòng)信息，并作為控制指令去控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與操作；同時(shí)，再將機(jī)器人的視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等各種感覺(jué)反饋給人，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的深度耦合，使身處異地的人產(chǎn)生“身臨其境”之感。

自成立以來(lái)，團(tuán)隊(duì)始終圍繞國(guó)家重大工程和民生工程開(kāi)展研究。團(tuán)隊(duì)研制的航天員在軌操作力測(cè)量系統(tǒng)于2016年9月隨“天宮二號(hào)”發(fā)射升空，研制的空間站大型機(jī)械臂在軌遙操作分系統(tǒng)和小型化高精度航天員在軌操作力測(cè)量系統(tǒng)于2021年4月隨空間站天和核心艙發(fā)射升空，保障了我國(guó)載人航天工程任務(wù)的實(shí)施。為了應(yīng)對(duì)老年化社會(huì)這一挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)決定不僅僅要將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于航天、探月等領(lǐng)域，還要將它拓展到助老助殘康復(fù)等國(guó)家重大工程與民生領(lǐng)域。

采訪現(xiàn)場(chǎng)，記者親身體驗(yàn)了面向偏癱病人所設(shè)計(jì)的力反饋主動(dòng)康復(fù)游戲、實(shí)時(shí)顯示扎針位置和深淺的力反饋虛擬針灸系統(tǒng)等產(chǎn)品，同時(shí)也被可以通過(guò)“扭腰”來(lái)保持平衡的火星車、幫助空間機(jī)械臂精準(zhǔn)定位的觸須傳感器等“奇思妙想”所折服?！白龈呖萍佳芯?，既要頂天，也要立地。”在團(tuán)隊(duì)成員眼中，“頂天立地”有著兩層含義，一是瞄準(zhǔn)行業(yè)頂尖，同時(shí)能夠?qū)⑶把乜萍悸涞兀欢羌纫觥疤焐稀钡目萍?，同時(shí)也要做民生的科技。

“我們的機(jī)器人研究事業(yè)，是用生命換來(lái)的”

1993年2月，宋愛(ài)國(guó)以博士生身份來(lái)到東南大學(xué)。在學(xué)習(xí)《機(jī)器人傳感技術(shù)》課的第一天，導(dǎo)師黃惟一說(shuō)：“我們實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人研究事業(yè)，是查禮冠老師用生命換來(lái)的！”那段話，至今讓宋愛(ài)國(guó)記憶猶新，并一直激勵(lì)著他。

1983年，全國(guó)第一次機(jī)器人大會(huì)在華南理工大學(xué)召開(kāi)，研制了我國(guó)第一臺(tái)仿人機(jī)器人的查禮冠教授作為大會(huì)的三個(gè)主要發(fā)起人之一，和黃惟一共同參加會(huì)議。會(huì)議剛結(jié)束，兩人走在華南理工大學(xué)校園里，一輛失控的汽車撞倒兩位老師，查禮冠不幸當(dāng)場(chǎng)遇難，黃惟一重傷昏迷。一年后，剛剛康復(fù)的黃惟一重新把機(jī)器人傳感與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建了起來(lái)，實(shí)驗(yàn)室從1986年開(kāi)始得到國(guó)家“863”高技術(shù)計(jì)劃的持續(xù)支持，并成為“863”計(jì)劃先進(jìn)制造領(lǐng)域機(jī)器人傳感技術(shù)網(wǎng)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的副組長(zhǎng)單位。

“黃老師對(duì)于科學(xué)的態(tài)度也塑造著我們對(duì)于科學(xué)家精神的定義?！痹倏嘣倮?，每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)也必須按照規(guī)劃好的完成，否則一旦出現(xiàn)失誤，就會(huì)耽誤整個(gè)工程。有一次，團(tuán)隊(duì)幫助航天中心測(cè)量航天員出艙的攀爬力。此前在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試時(shí)一切正常，但一到現(xiàn)場(chǎng)安裝后就出現(xiàn)很大誤差，按捺焦慮心情反復(fù)分析，幾天后，團(tuán)隊(duì)終于找到誤差源頭；在測(cè)量航天員操作力時(shí)，航天員在測(cè)試中一腳不慎將傳感器踩壞，為了不耽誤任務(wù)，團(tuán)隊(duì)緊急進(jìn)行維修，同時(shí)也意識(shí)到傳感器可靠性設(shè)計(jì)的重要?！翱蒲羞^(guò)程中的每一次成功和失敗都記憶猶新。若干年后，當(dāng)重新審視這些過(guò)往，每一次失敗其實(shí)都是對(duì)理論分析和技術(shù)研究的一次提升?！彼螑?ài)國(guó)說(shuō)。

“渺小的星星，只有聚集起來(lái)才能閃耀太空”

經(jīng)過(guò)20余年的基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)先后研制成功高精度的機(jī)器人六維力傳感器、仿生柔性觸覺(jué)傳感器、小型化的力反饋執(zhí)行器、高精度大空間六自由度力反饋手控器、力觸覺(jué)感知數(shù)據(jù)手套等人機(jī)交互遙操作機(jī)器人核心元件或裝置以及四種類型的遙操作移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，并在我國(guó)載人航天與探月工程、核電工程等重要領(lǐng)域得到應(yīng)用。

航天員在失重環(huán)境下，肌肉松弛會(huì)造成鈣流失與肌肉功能退化，生物力學(xué)發(fā)生變化，肢體出力情況跟地面相差很大。所以，“神舟七號(hào)”出現(xiàn)過(guò)開(kāi)艙門困難的情況。那么，人在失重環(huán)境下肌肉到底能產(chǎn)出多大的力？之前只有美國(guó)和俄羅斯有這個(gè)數(shù)據(jù)。受中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心的委托，宋愛(ài)國(guó)團(tuán)隊(duì)從2008年開(kāi)始研制高精度的多維力傳感器與航天員操作力測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)空間站內(nèi)航天員13種操作力、36種操作方式進(jìn)行精確的力測(cè)量。

2016年9月“天宮二號(hào)”上天，團(tuán)隊(duì)的這一研究成果成功保障了“天宮二號(hào)”航天員的在軌訓(xùn)練任務(wù)?！斑b操作”是月面巡視機(jī)器人（月球車）的四大關(guān)鍵技術(shù)之一，受航天五院和通訊與跟蹤研究所的委托，宋愛(ài)國(guó)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)研制了兩套地面模擬實(shí)驗(yàn)月面巡視機(jī)器人，主要研究月球車的遙操作控制算法和環(huán)境識(shí)別的感知系統(tǒng)，在“嫦娥三號(hào)月面巡視器”工程任務(wù)中立下汗馬功勞。

“在科研的浩瀚星空中，每個(gè)人就像一顆渺小的星星，只有聚集起來(lái)才能閃耀太空?！辈稍L過(guò)程中，宋愛(ài)國(guó)一直強(qiáng)調(diào)，如今的成績(jī)是屬于團(tuán)隊(duì)的每一位成員?！皩?duì)于我們來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步探索遙操作機(jī)器人技術(shù)實(shí)際上還存在許多挑戰(zhàn)?！比绾芜M(jìn)一步加強(qiáng)人機(jī)交互？如何提升力觸覺(jué)反饋技術(shù)？如何確保在太空、深海等復(fù)雜環(huán)境下，人機(jī)閉環(huán)通訊回路的穩(wěn)定和低延時(shí)……切實(shí)解決重大技術(shù)問(wèn)題，助推遙操作機(jī)器人技術(shù)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，更深層更廣闊的領(lǐng)域亟待探索。