——北京邮电大学自动化学院副教授褚明
　　
□　干思思

　　
　　
　　2019年年初，作为《变形金刚》系列首部独立电影的《大黄蜂》在各大影院火热上映，并取得了票房口碑双丰收。其开场戏赛博坦之战一下子就抓住了众人的眼球：擎天柱、千斤顶、声波（机器狗）等经典人物悉数登场，并上演了一系列精彩的动作戏和变形场面，让观众惊喜不已。这些有着精钢铁骨的庞然大物，具有智慧、善于变形、行动灵敏，尤其是还长着一双类似于人手的机械手。可以说变形金刚正是30多年前，人们对于机器人的一种想象。
　　如今，随着科技的快速发展，曾经的想象逐步转换为现实。机器人已悄然走入人们的生活和工作，并从方方面面影响着人类社会的发展。无论是从事繁重劳动的工业机器人，还是专攻精细操作的医疗机器人，亦或是探索星际太空的航天机器人，它们都产生于人类的精妙设计之下，具备某些人类自身无法比拟的能力，从而可以代替人类从事某些工作，日趋成为一种新兴生产力。“在中德工业4.0浪潮的推动下，机器人技术现在已经成为国家重点发展的科研方向，未来20年应该都是机器人和人工智能的天下，这已是业界共识了。”多年从事机器人技术研究的北京邮电大学（以下简称“北邮”）自动化学院副教授褚明这样介绍道。
　　虽然是一名“80后”，但褚明在机器人技术研究领域内却有着丰富的经验。“在科研领域，大家基本上有一个普遍的认识，做科研一定要做到顶天立地。”“顶天立地”这个原本用来形容做人原则的词，为何会用在科研中呢？他接着解释道：“‘顶天’主要是说做学术研究，尤其是前沿基础理论的研究一定要顶到天，也就是达到最高水平。而‘立地’主要是讲应用，是说科研成果和技术一定要转化成生产力，并且有一定的产品。简而言之，就是前沿理论基础研究一定要做到创新，落地的技术一定要成熟并能推广，这是我们科研人追求的目标。”与此同时，作为北邮的研究生导师，他在教书育人方面也有着自己独到的见解，“在一种很快乐的环境中去做科研”是他追求的目标，这也使他深受学生们的喜爱。  
　　
空间机器人 精益求精
　　
　　“我关注的机器人领域，更是得‘顶天’，它恰好是航天领域的机器人技术。”在介绍他的研究领域时，褚明幽默地回答道。据介绍，空间机器人可以分为两类：一类是装在卫星上，通常被称为星载空间机器人；另一类则是用于空间站的建造与运营，我国的空间站预计将在2020年建成。毋庸置疑，现代社会的发展对卫星的依赖日益增强，尤其是在国防方面。“善攻者动于九天之上”。自从第一颗人造卫星于1957年10月成功发射，便开创了人类太空时代的新篇章。可以说，当前的太空正在成为新的兵家必争之地，这就决定了空间机器人在国防领域中具有极其重要的战略地位。
　　近年来，美、俄、日等国都在空间机器人研究方面持续发力。2011年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）启动了“凤凰计划”太空技术验证项目，目标就是利用轨道航天器抓捕地球静止轨道上的退役卫星，回收利用其可用部件，并在轨组装生成具有完备功能的新卫星。显而易见，这一技术将对美军未来的太空作战行动产生全面而深远的影响。它不仅能够使美军在未来的太空站中，对遭敌方打击而摧毁的卫星进行快速抢修和替换，同时也能显著抵消他国卫星武器的威慑效力。                                        
　　在此背景下，中国也开始了星载空间机器人的研制。众所周知，太空是一个高温且温差极大的环境，太阳照射的正面为180℃，而其背面则是-180℃。此外，因无重力，卫星一旦受到外部干扰力很容易翻滚失控甚至离轨。这都决定了星载空间机器人要具备极高的操作精度。然而，如何判断其精度是否达标就成了一道难题。因为，星载空间机器人并不是标准设备，针对它的测量系统尚属空白，只能由中国人自己开发。来自北邮的褚明和他的团队靠着扎实而出色的科研能力肩负起了这个重担，即国家原“863”计划某课题研究。
　　这个测试设备的研发，可谓历尽千辛万苦。在与某合作单位合作时正值寒冬，室外只有-19℃，而褚明他们经常到晚上12点还在加班。连合作单位的老师都说：“我第一次见到有人出差的时候，下班比我们还晚，你们真不简单！”抱着必须研制成功的信念，在无数次的调试中，用褚明的话说就是“记不清到底调了多少遍，也记不清反复了多少工”，他们最终研制出了精密测试设备。之后,褚明怀着忐忑不安的心情来到国防一级认证的高精密测量所304所进行检测。功夫不负有心人，测试设备检测指标全部合格通过，意味着褚明他们圆满完成了星载空间机器人的指标测试任务。此后经该测试设备检测合格的星载空间机器人正式“服役”，如期完成了发射任务。如今，它仍在轨稳定运行并出色完成既定任务，大大提升了空间机器人的太空防御能力，为我国的深空探测工程顺利开展提供了技术支撑。
　　科学探索永无止境。致力于研究机器人动力学与精密控制的褚明，一直也在思考如何拓展星载空间机器人的操作能力。在人体上肢结构特点和中国太极以柔克刚思想的共同启发下，褚明率先提出了具有多维可控阻尼力的软对接及捕获机构，这一极富创新的设想在国际学术会议上也引起了德国科学家的关注。目前该研发项目已于2018年7月成功入选国家自然科学基金面上项目，预计其成果将极大拓展空间机器人对非合作目标的柔顺抓捕能力和系统自稳定能力，并为我国未来的深空探测工程积累前沿技术。
　　
AGV消防机器人 智勇双全 
　　
　　如今，机器人的身影在社会生活中愈发常见，灵活小巧的扫地机器人、新兴代步工具两轮机器人等，已成为不少人的好帮手。其实除了提供日常的服务，机器人还可以在危险的环境中挺身而出，“救人于危难之中”，譬如消防移动机器人。褚明及其团队在2018年下半年就刚刚为一个世界500强企业研发出一款面向消防应用的全地形智能履带式AGV。
　　AGV是Automated Guided Vehicle的缩写，意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV最早应用于仓储业，如今京东、亚马逊等物流大商们都在使用。基于其所具有良好的环境适应能力,很强的抗干扰能力和目标识别能力，AGV的应用范围也在不断扩展。此次，褚明他们设计了全新的增强型独立悬挂系统，并突破了特种移动机器人的“三防”关键技术——防火、防水、防爆，赋予其像轻型坦克一样的外形——利用履带驱动，以便实现其爬楼的可能，从而使它能够完成灭火搜救的重任。
　　众所周知，一般出现火情时，常常会产生大量的有害气体，特别是当火场内还堆放有易燃易爆品时，消防员的生命安全更加得不到保障。如果能够利用消防机器人去完成这个高危工作，则会大大减少人员伤亡和财产损失。同时，在传统救火中，消防员们通常要携带高压水龙头，一般需要三名消防员来搬运一台，这就限制了他们的移动能力、速度以及效率。而通过科学合理的设计，一个消防机器人就可以携带一台吨位适用于不同火情的水龙头。换句话说，即一名消防员可以同时指挥好几个消防机器人去灭火，从而极大地拓展了消防员的工作能力。此外，在火灾现场，弥漫的浓烟干扰了消防员们视线，给搜救工作带来极大的困扰。为了解决这一难题，褚明他们在机器人身上安装了热感摄像头。它有助于穿越浓烟穿越火焰寻找到被困人员，大大提高了现场的救生能力。
　　“很多消防员在救火过程中自己都出不来了，这让人很痛心。咱们要充分利用科学技术，尽最大可能减少生命财产损失。”正是怀着让科技造福于人的目标，褚明及其团队经过100天的快速攻关，终于研制出了这款消防机器人，目前该产品已进入样车试验阶段。
　　
勇于跨界 快乐科研
　　
　　传统观念中，从事理工科研究的人往往有些严肃沉闷。褚明却给人留下开朗风趣的印象，而且他还是一位喜欢弹吉他、唱歌、习字的文艺青年。恰如他所说：“不止在科研上跨界，在生活上也要跨界！”
　　科研上的跨界，换句话说就是学科交叉。只有实现学科交叉，才能有更多创新。作为硕士生导师，在培养人才方面，褚明有自己的一套理念，即勇于“跨界”。在最初挑选研究生进实验室的时候，一般他都会先问一下学生原来是学什么的。学生一听就很兴奋，以为褚明会分配一个自己擅长的工作。其实不然，褚明是想让学生跳出自己的舒适圈，去做原本并不擅长的事。“人是有惰性的，习惯于在自己熟悉的圈内工作。但如果现在觉得很舒服，走出校园之后，面对困难时就会捉襟见肘。所以我给他们布置课题的时候，就是让他们不断地去面对困难，不断地去面对自己未知的领域，不断地去挑战，这个过程也是对思维的训练。”不难想象这个过程并不容易，这就更需要老师有充足的耐心来引导。褚明的第一个硕士生很优秀，当时是以北京工商大学机械专业本科第一名的身份保送来的。在刚拿到研究项目时这名学生也很困惑，但在褚明的引导下，她顺利地完成了研究课题。研究生毕业时，她不仅囊括了硕士阶段该拿的所有奖项，还获得了北京市优秀硕士生的荣誉称号。褚明欣慰地说 ：“这就是逆境培养模式带来的成效。”
　　“台上一分钟，台下十年功”，在科研中亦是如此。如何正视压力、缓解压力，褚明有自己的想法。“我刻意让大家不要有这种压力，而在一种很快乐的环境中去做科研。我平时有一个可能跟很多老师不太一样的地方，就是我不考勤，也不去让他们刷卡签到。因为做科研需要的是一种状态，是一种创新的灵感。”褚明更多的是给予学生们一个充分自由的空间，让他们去发挥想象力。每当学生们有了灵感时都会和他交流，继而找出实现想法的途径。褚明认为这种轻松愉悦的气氛更有助于激发学生们的灵感。
　　“理工是为社会技术发展服务的，而艺术能让人的灵魂放松。”谈及艺术时，褚明这样说道。在褚明的办公室里就放着一把吉他，当他完成繁重的科研工作之后，休息时他就喜欢弹弹吉他唱唱歌。的确，科学与艺术总是相辅相成的。被誉为“中国航天之父”的钱学森院士曾说：“艺术上的修养不仅加深了我对艺术作品中那些诗情画意和人生哲理的深刻理解，也使我学会了艺术上大跨度的宏观形象思维。我认为，这些东西对启迪一个人在科学上的创新是很重要的。”正是在褚明的影响下，他的学生里也有不少人喜欢上了弹吉他，喜欢上了艺术。
　　学海无涯，人生有限，不如多一些体验，多一些挑战，将会发现更多精彩。这种积极乐观的态度，将继续引导褚明和他的团队探索更多未曾探索的领域，将使机器人技术更好地应用于实践，更好地服务于社会和国家。科