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宋樂:從大自然汲取靈感,造最酷的“玩具”

2019-11-18 08:39:48

受訪者供圖

  走進天津大學精密儀器與光電子工程學院(以下簡稱精儀學院)副教授宋樂的實驗室,很多人都會被他桌子上稀奇古怪的模型所吸引!斑@是有‘觸感’的仿生手臂,這是模仿鳥類的飛行器,那些小方盒都是我們模擬昆蟲復眼做的各種鏡頭……”一說起他的這些研究發明,宋樂就興致盎然。

  作為土生土長、聽著相聲長大的天津人,宋樂的幽默感是“融在血液中的”,交談過程中,他時不時抖出個“包袱”,讓人“措手不及”。宋樂把他的研究方向——仿生智能看作是生物界“模仿秀”。他覺得,自己的研究成果除了要有應用價值外,還必須具備一個要素——一定要好玩、有意思!拔覜]把研究想得那么嚴肅,它們就像研究者的‘玩具’一樣,要讓人覺得有趣。用天津話說,我要做最‘哏’的研究,搞最酷的發明!彼f。

  前不久,由宋樂負責的國家自然科學基金項目組研制出新型仿生復眼視覺系統,通過對復眼結構及探測方法等多個層面的模擬,發現昆蟲可能是根據目標發出的光強度來探測目標行動軌跡。該研究成果近日發表在國際期刊《光學快報》上,美國光學學會對其進行了專題報道。

  兒時用廢零件造機器人玩具

  作為一名80后,宋樂和多數同齡人一樣,小時候很喜歡看動畫片,《變形金剛》《魔神英雄傳》《太空堡壘》是他的最愛!爸灰蜋C器人沾邊的動畫片,我都特別喜歡。小時候,我也愛玩機器人,但這類玩具都太貴了,而且買來的成品機器人功能太少,玩著玩著就覺得沒意思了,于是就琢磨著自己做機器人!彼貞浀。

  說起兒時的經歷,宋樂還有點小得意!案赣H是教工科的大學老師,我就近水樓臺了,家里各種工具都有,材料都是父親學校校辦工廠的廢零件下腳料。我的‘純手工作坊’可是造出了不少機器人,我把這些作品帶到學校,同學們也很喜歡,就是沒少被老師沒收!彼χf。

  高考時,酷愛機器人的宋樂報考了天津大學機械系,并順利被錄取。入學后,隨著學習的深入,宋樂對機器人的認識也越來越深刻。

  “機器人是個太綜合的領域了,做機器人光模樣像還不行,要想讓機器人真正像人一樣思考,還得賦予它們智能。那機器人的智能又是怎么來的?”為了搞清這個事,本科畢業后,宋樂報考了南開大學軟件工程專業的研究生。

  讀研期間,宋樂接觸到了大量實用的算法。同時,他感到只研究算法是不夠的,要想真正讓機器人變成“活生生的人”,不光需要聰明的“大腦”,還得有靈敏的“感覺”。

  “要想有‘感覺’,得靠傳感器,所以后來考博時,我選擇了天津大學精儀學院的測控專業,這是個特別綜合的專業,會研究與傳感器相關的技術和方法!彼螛氛f,在本科、碩士、博士階段,自己分別選了3個不同的專業,多學科的學習經歷,開闊了他的學術視野,也豐富了自己的知識面。

  為做仿真復眼惡補生物知識

  說起如何開始研究仿生智能,宋樂說,這與他博士期間做的一個項目有關。

  那時,宋樂參與了一個有關機器視覺的項目,期間他接觸到了很多相機,并在偶然間看到了大量昆蟲復眼的顯微圖片。

  “一開始看這些圖,我覺得有點嚇人,但仔細再看,一下子就被那種精巧的構造震撼到了。當時我在想,能否自己加工一個這樣的鏡片,看看昆蟲眼中的世界是什么樣子!彼螛芬幌伦诱业搅艘粋讓他覺得好玩的研究方向,興奮得就像小時候自己造機器人一樣。

  宋樂說,目前階段的仿生復眼,其實已經經過了4次改型!暗1次改是因為視野不夠廣,索性做了個全景的,但是用了很多很笨重的相機。第3次是最關鍵的1次,只用了1臺單相機,加上1個復眼鏡頭,但這個鏡頭上只有7只子眼,還是不太像真的昆蟲眼睛!彼貞浀。

  從小對生物“不來電”的宋樂,為做出還原度更高的昆蟲仿生復眼,一頭扎進了生物的“海洋”,查文獻、讀資料,整日忙得不亦樂乎!皠游锏氖澜缣衿媪,一旦開始接觸,就根本停不下來!彼f。

  “大自然經過億萬年進化,很多生物結構都極其精妙且高效。我們若能從大自然中,獲取哪怕一點靈感,都會給工程設計帶來很多新思路!彼螛犯锌,“雖然昆蟲是比較低等的動物,但是昆蟲的復眼也有人類無法比擬的優勢。我們揚長避短,最大限度發揮其功效,就能為人類所用!

  “除了復眼,團隊今后還將嘗試一些其他領域的仿生,比如帶觸覺的仿人靈巧手、微型撲翼飛行器等!彼螛氛f,未來,生物和機器間的界限會變得越來越模糊,最終相關技術或會造就一個人機協同、人機共存的時代,“這樣的時代,光想就覺得倍兒酷”。(陳曦)

來源:科技日報
編輯:姚怡夢

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