——记华南理工大学自动化科学与工程学院副教授张智军

　　本刊记者  宋 洁

     自古以来,人们就梦想着有一个永不知疲劳的机械伙伴能够代替人类做繁重、危险的工作。从中国古代传说中的“木牛流马”到古希腊的“青铜卫士塔罗斯”，无不反映了人们的这种梦想。近代以来，机器人被用于各种高强度、高频率甚至危险系数极高的工业生产中，为人类从事生产劳动带来了极大便利。随着人工智能技术的不断进步，机器人逐渐具有了识别、推理、规划和学习等能力，机器人越来越像人了。它们不再仅仅用于机械化生产的工厂，而是开始逐步转变为高级的服务者、人们的生活助理和伙伴，逐渐融入人类的日常生活中。
　　在机器人每一次接近人类智能的背后，是一批批为此努力不懈、执着钻研的科研工作者，华南理工大学自动化科学与工程学院副教授张智军就是其中一位。从冗余度机器人智能规划与控制到神经网络设计与应用，从创新系统设计、集成与开发到时变问题求解、数值优化，从机器学习、人机交互到数据挖掘，在跨学科交叉的科研海洋里，张智军在自由地畅游。
　　

多自由度手臂谜题求解

　　智能机器人作为人类的好帮手，要顺利完成日常工作中的各种任务，拥有一双与人类相似的冗余度（多自由度）手臂显得尤为重要。但由于冗余度机器人手臂的高度非线性，其逆运动的有效求解方法成为一个核心问题。在求解的同时如何获得最优的解、如何开发高效、准确、鲁棒性好的解析策略一直以来都是机器人研究领域的热门话题。
　　为获得求解策略，张智军已在此类问题上耕耘多年，并积累了一些宝贵经验。2017年广东省自然科学杰出青年基金的获得，更是助力了他在此方向上的进一步拓展。将“冗余度机器人手臂的变参神经动力学解析策略”作为新课题，张智军以前人和自己之前开展的相关研究为基础，以冗余度机器人手臂新型优化指标、异构多类机器人统一智能优化策略、变参神经动力学解析策略为主要研究内容，取得了一系列重要的原创性成果。
　　在冗余度解析方面，他提出了基于约束二次型规划的加速度层重复运动规划的策略，并证明了加速度层与速度层重复运动规划方案的等效性定理；在多臂机器人协作运动规划方面，他提出多臂机器人多指标协调控制的二次运动规划策略；在自主极类人机器人方面，他提出了双臂实时协调运动规划方案、头手协作自然行为生成方案、人类周期性运动规划方案及多模注意力捕获等方案；在递归神经网络领域，他提出了指数型、幂函数型、积分型和混合型等多种变参递归神经网络，并利用变参神经动力学方法推导出了新型优化指标和高效而鲁棒的二次型规划求解器。相关研究成果已引起国内外专家的关注，并得到了同行的广泛认可。
　　谈起应用前景，张智军满怀信心，他告诉记者：“以往的方案多用于工业自动化车间中，而此次研究所提出的策略，应用范围更广泛，可应用于办公引导和辅助机器人，更可应用于家庭服务和医疗康复机器人上。特别是针对特殊人群的应用，将为老年人和残障人士独立生活能力的提高和生活条件的改善提供更为有效的解决方案，成果的应用前景值得期待。”
　　

从被动到主动的蜕变

　　谈起与机器人相关研究的结缘，张智军坦言其实出于偶然。他说：“刚开始在中山大学读博士时，我只是按照导师的要求做了一些与机器人和神经网络相关的研究工作，完全是被动地在做。慢慢地做得多了，不知不觉就有了对机器人研究的热情。”
　　博士期间，他陆续参与了包括国家自然科学基金、广东省自然科学基金等多个省部级科研项目，并取得了不错的成绩。3年里，他获得了4个发明专利、写了一部英文专著，以第一作者在SCI上发表论文5篇，合作论文20多篇。
　　由于成绩突出，2013年张智军被新加坡南洋理工大学媒体创新研究所聘为Research Fellow，并参与了跨学科国际合作研究项目“Being There Project”。这是由南洋理工大学、瑞士苏黎世联邦理工学院与美国北卡罗来纳州立大学合作承担的项目，致力于开发一种自治的具有情感、记忆和自然交互能力的社交机器人。
　　作为核心成员，张智军承担了运动和行为生成的研究工作，并提出了双臂实时协调运动规划方案、头手协作自然行为生成方案、机器人实时类人学习等诸多方案。部分成果在IEEE Trans on Cybernetics、MIT Presence等国际期刊发表，并已用于人机交互的应用中。
　　谈起在新加坡的经历，张智军言语间满是感激：“实验室由来自不同国家、不同领域的人组成，大家的想法不一样，很容易撞击出新的火花。在那里，我的眼界被大大拓展，创新的种子在我心中生根发芽，给了我向更深更广的方向探索的勇气和动力。”
　　

回国开启新征程

　　在海外拼搏的华人，虽与祖国相距遥远，但却无时无刻不在关心着祖国的发展。求学多年，用自己所学为国家发展添砖加瓦，也一直是张智军的愿望。华南理工大学雄厚的科研实力以及来自自动化科学与工程学院李远清教授的帮助与支持，更加点燃了他的回国热情。2015年，他被华南理工大学引进回国，并加入李远清教授的团队，开启了在国内的科研新征程。
　　在李远清教授和学院各位同事的大力帮助下，张智军很快适应了国内的工作环境和节奏。有好平台的助力，回国两年的张智军各项工作都做得有声有色。
　　他讲授的研究生全英文课程“Human-Robot Interaction”及本科生课程“生物信息学”“人工智能与机器学习”等受到了学生的广泛好评。2016年，他被评为华南理工大学本科毕业设计优秀指导老师。2017年，他指导研究生、本科生取得“挑战杯”华南理工大学校级一等奖、广东省“挑战杯”特等奖。同年，在团队的共同努力下，他们的一篇论文在CCC中国控制会议上获得优秀墙报张贴奖。
　　除此之外，两年来他主持和参与的项目也不少。2015—2017年，主持了包括国家自然科学基金青年基金、广州市科技计划项目等国家省部级及企业项目共6项，指导学生项目10项；在重要国际期刊和会议，发表论文近40篇，SCI期刊论文17篇，其中第一作者或通讯作者SCI论文12篇；以第一作者发表IEEE Trans长文7篇，EI论文13篇；授权实用新型专利1项，获得国际会议最佳论文奖1项。
　　面对这些成绩，张智军只是淡淡地说：“目前的成绩还非常有限，自己的积累还是比较少，以后还需多努力，慢慢积累。”
　　工作正如火如荼地展开，在2017年国家自然科学基金青年项目“异构多类冗余度机器人手臂的一致化智能优化策略”中，他正在研究冗余度机器人的统一规划问题，考虑将不同类型、不同构型的冗余度机器人，用同一个解析方法进行解析。在参与的2017年国家重点研发计划项目“脑机协同混合智能关键技术平台装置以及应用”中，他试图将脑机接口技术与机器人技术相结合，实现意识控制的辅助服务或辅助康复目标。在他主持的广州市科技计划项目“多旋翼智能飞行冗余度机器人手臂系统研究”中，他将与广州最大的无人机公司、香港理工大学等机构开展合作，共同攻克在封闭空间下用机器人进行危险操作的难题。目前，各项目正按计划有条不紊地开展着。
　　对于未来，他没有做过于长远的规划，他说：“跟着兴趣走，一步一步、踏踏实实地向前推进，这样会更好一点。”
　　在新加坡求学时，导师看到他每天忙忙碌碌地工作，禁不住问过他一个问题：“你这么紧张地工作到底是为了什么呀？我并没有要求你下了班还继续工作啊！”导师的话，让张智军重新思考生活、工作、家庭之间的关系，他得到了答案，“工作是为了人们美好的生活，科研助力实现人们美好的明天”。
　　在新加坡的两年，他养成了每天跑步的习惯，回国后他依然坚持，每天一大早起来都会出去跑步。周末，他会带着孩子去儿童乐园、游乐场或者森林公园玩儿。假期里，带家人去旅游，他都会提早安排好。他觉得张弛有度、做好平衡、保持丰富性才是生活本应有的样子。