蘇學成放飛世界首只“機器人鳥”

讓動物按照人的意圖行動，可能嗎？這似乎是馴獸師的把戲，或者科幻小說里的情節。在山東科技大學機器人中心，蘇學成教授把普通家鴿變成了訓練有素的“飛行員”。通過在鴿子腦中植入一個微電極裝置，自由翱翔的鴿子竟然“聽懂”了人的指令，精確地做出指定的動作。

2007年春節剛過，一則世界上首例“機器人鳥”在山東科技大學誕生的消息吸引了媒體的廣泛關注。繼中央電視臺、新華網、《大眾日報》、《齊魯晚報》等多家媒體報道之后，美聯社(AP)、英國路透社(Reuters)、美國有線新聞網(CNN)、今日美國(USＡ TODAY)、英國泰晤士報(The Times)等國外知名媒體紛紛轉載了這一消息。研制“機器人鳥”這一動物機器人的帶頭人，就是被譽為“動物機器人研究第一人”的山東科技大學機器人研究中心教授——蘇學成。

起步

剛剛過完70大壽的蘇學成教授，1964年畢業于合肥工業大學工業自動化專業，分配至山東科技大學前身山東煤礦學院。那時，全院只有采煤、機電和經濟3個系，1000多名學生。機電系就1個機電專業，他雖是學自動化的，但只能教《普通電工》，基本上沒科研可搞。

1974年，一個偶然的機會，系里派蘇學成以“項目帶教學”的名義，與工農兵學員一起到礦上參加“大型提升機可控硅串級調速”項目，從此開始了他的科研生涯。當時，已畢業10年的蘇學成在大學里所學的自動化專業知識已忘得差不多了，但他鋪下身子，不恥下問，真誠地向工人師傅、技術人員請教和向自己的學生學習。經過努力自學，半年左右他就基本掌握了有關的知識和技術。之后整整3年多時間里，他與課題組師傅一起，邊干邊學，克服了種種困難，終于完成了平生第一個科研項目，并于1978年榮獲“山東省科學大會獎”。

那段時間里，蘇學成教授吃了不少苦，作了不少難，長期照顧不了家。但也正是這3年多的磨礪，使他不僅與礦上的領導、工人和技術人員結下了深厚的友誼，而且極大地鍛煉了自己的動手能力，特別是練出了從事科研的膽識，為他后來從事機器人研究奠定了堅實的基礎。

成長

上世紀80年代中期，全國科研熱情高漲。蘇學成根據自己來校后曾在井下“跟班勞動”一年的體會，認為煤礦井下工作繁重、環境惡劣，應該是機器人的用武之地，于是油然而有了研究井下機器人的想法。但當時的蘇學成對機器人只知點皮毛，雖然下了很大的工夫自學，但總感覺進展太慢，效果很不理想。

為盡快掌握機器人的相關知識，蘇學成痛下決心將自己積蓄的科研經費集中起來，于1986年暑假邀請北京理工大學的3位專家來學校講課。經過一個暑假的學習，專家們把他領入了機器人研究的大門。緊接著，蘇學成學以致用，與幾位志同道合的同事一道，開始投入到機器人的研制過程之中。

蘇學成研制的第一臺機器人是“噴漿機器人”。中國每年開挖煤礦巷道近千公里、大型隧道300余公里，還有地鐵、地下庫房等，工程量之大世界罕見。噴漿機器人/機械手是該類工程的關鍵設備之一，過去一直依賴進口。鑒于此，蘇學成立志研究出中國自己的設備。經過近兩年不懈的努力，蘇學成課題組申報的煤礦井下機器人項目終于在當時的煤炭部獲準立項，并在學校領導的支持下獲得了寶貴的8萬元科研經費，課題組還被學校確立為“高新技術生長點”。蘇學成的機器人研究生涯正式開始，并由此成為中國“地下工程機器人”科技領域的奠基人和開拓者。

他所研制的噴漿機器人重大創新點是：機械臂采用多重四連桿機構，能方便保持噴槍與受噴面的相對姿態不變，只需極少操作動作就能滿足噴漿工藝要求，易學又好用；機械臂多為結構件，牢固耐用；將計算機加固技術與防爆技術巧妙結合，確保了電控系統的可靠性；控制系統采用主從遙控與示教再現相結合，適應了各種作業狀態。

使噴漿機器人研發駛入快車道的是國家“863”計劃。1992～2000年的9年間，蘇學成教授的機器人課題組連續獲得4項國家“863”項目，其中1項為重大項目。經過課題組全體成員連續10余年的努力，機器人研究終取正果：噴漿機器人在國內首次形成了具有自主知識產權的防爆型與非防爆型、大中小型系列產品，并在國內推廣使用，結束了該設備依賴進口的歷史。與國外同類產品相比，其操作更簡單，技術性能和使用效果均有明顯優勢。系列噴漿機器人的成功研發，為地下工程機器人學奠定了基礎，用于多種礦山設備。2000年“大型噴漿機器人”被評為山東省十大科技成果榜首；“PJR系列噴漿機器人”被評為“2000年度煤炭工業十大科技成果”；2001年，榮獲山東省科技進步一等獎；2002年，獲國家科技進步二等獎，并受到了當時黨和國家最高領導人的親切接見。

于是大型噴漿機器人在濟南繞城公路隧道、西安東秦嶺隧道、昆石高速公路隧道施工中推廣應用，僅此一項，就為企業創造直接經濟效益近900萬元。目前，防爆型與非防爆型、大中小型噴漿機器人產品已在“山川機器人工程公司”實現產業化。該公司于2001年成為“863機器人‘產業化基地’”，2003年通過ISO9000認證。該產品已用于以國家重點工程為代表的地下工程，涵蓋了鐵路公路隧道、礦山、地下峒庫、水利涵洞等各工程領域。

此后，蘇學成一鼓作氣，與同事們還相繼研制出了“履帶蛇行機器人”、“帶電作業機器人”等。山東科技大學機器人研究中心也因此而成為國內重要的機器人研發基地之一。

飛躍

能源問題一直是當今世界機器人研究領域的“瓶頸”難題，機器人本身攜帶的能量與其體積成正比，小型機器人所攜帶的能源有限，這就制約了小型機器人的應用范圍和研發空間。怎樣讓小型或微型機器人不受能源的制約，突破機器人能源的“瓶頸”呢？蘇學成教授把眼光轉向了動物。

蘇教授在1997—1999年主持“四周履帶式蛇行機器人”時，發現制約微小型機器人研發有二大“瓶頸”：一是運動距離受限于自身攜帶能量的能力；二是“工作能力與智能”受限于自身尺寸、機構和攜帶器件數量等。于是蘇教授想，若能用電信號控制活體動物并使它按人的意志行動，就可用動物的體能來突破能源瓶頸；用動物的本能(如視、聽、越障等)及攜帶更多器件的能力，來實現機電式機器人難以達到的高智能，而且還獨具隱蔽性。當時，這在國際上還未見相關的研究報道。

1999年，蘇教授極具前瞻性地提出用動物來替代機電機器人的研究。機器人動物也稱“動物機器人”，即用編碼電信號刺激動物適當神經位點，來控制動物的行為，把動物變成由人制導的動物。該研究是機器人學與腦科學相互交叉、融合的國際重大前沿課題。

2002年獲得國家自然科學基金委5萬元的資金支持后，蘇學成教授將以前項目研究中節余出來的經費也投入到動物機器人的研發之中。

在超過規定時間的一年又一個月后，中國首只“機器人鼠”終于在山東科技大學機器人研究中心誕生。經過專家鑒定，“機器人鼠”達到國際先進、國家領先水平。

“機器人鼠”通過安置在鼠身體上的微電極，由計算機給出指令刺激其神經核團，控制鼠的運動，從而使鼠能夠根據人的意志進行活動，成為“機器人鼠”。

然而“機器人鼠”由于鼠天生膽小，在實際應中作用并不大。怎樣使動物機器人有更大的活動范圍和應用空間呢？蘇學成苦苦思索著。突然，一只在天空中翱翔的鳥引起了他的極大興趣，“機器人鳥”這一概念像火花一樣在他的腦海中迸發。鳥飛行速度快，適應性廣，貼近實際要求。最終，家鴿進入了他的視野。有了“機器人鼠”的理論研究基礎，“機器人鳥”的研究就水到渠成了。經過一年多的反復研究和實驗，2006年底，世界首只“機器人鳥”終于在蘇學成教授所在的課題組誕生了。8根微電極被接入鴿子的腦中，用牙科石膏進行固定，插上刺激發生器，原本四處飛翔的家鴿立即變成了受人控制的機器鳥。在計算機的控制下，鴿子可以按照人為的指示實現起飛、盤旋、左轉、右轉、前進等特定動作?！皺C器人鳥”與“機器人鼠”相比應用范圍更加廣泛，在搜救、探測、空中攝影、投遞以及許多人類無法到達區域的探查，甚至在國防安全方面都具有重大意義。

印象

眼前的蘇學成教授，身材高大，脊背微駝，外表不修邊幅。用課題組成員劉小峰博士的話說：“一看就是一個忠厚的長者?！?/p>

對于自己的成就，蘇教授并不多談。他更愿意讓大眾多了解一些科學知識?！案K老師做科研，很快樂。最初這個課題組經費很緊張，蘇老師拿出他自己以前承擔國家863項目的結余，給這個課題小組公共使用。有問題，我也可以暢所欲言，開會的時候公然提出來，他都會樂呵呵地接受?！睓C器人鳥課題小組的另外幾位成員告訴記者。“蘇教授為人很執著，機器人動物這個課題，從1999年起他就開始申請，申請了4年都沒有成功，但他每年都不放棄。”“除了吃飯睡覺，他絕大部分時間都在實驗室里，通常都在晚上10點之后回家?！薄安灰f科研報告了，就連打掃鴿籠這樣的臟活、累活，他也從來不支使別人，而是和大家一起去做?！?/p>

然而蘇教授自己卻說：“我沒覺得有什么不容易，20多年了一直這樣，已經成習慣了，閑下來反而不習慣?！?/p>

蘇教授創建了山東科技大學機器人研究中心。中心擁有一幢配有生產車間的3500平方米專用實驗樓，在編教師21人，儀器設備1170余萬元。中心已成為國內主要機器人研發基地之一，1999年成為“山東省機器人工程技術研究中心”；2001年成為863機器人“產業化基地”、863“先進集體”；2002年成為“山東省重點強化建設實驗室”。2004年學校遷青島后，又成為“市重點實驗室”；2006年，以該中心為基礎，成為“教育部工程研究中心”。他領導的機器人中心被審定為863機器人“產業化基地”， 是國內特種機器人的主要研發單位之一，在“863”15周年時被授予“先進集體”稱號。

40多年的科研生涯，累累科研成果，并沒有使古稀之年的蘇學成教授停止科研的步伐。如今，山東科技大學的機器人研究室已從當初的一間陋室發展為一棟研究大樓。在3樓的一間辦公室內，每晚的燈光一直亮到整棟樓最后一個熄燈，蘇學成教授仍在苦苦思索著未來的機器人。

“人是要有點精神的，有了這個精神，就會認真、執著，就能吃苦、吃虧。”這是他留給記者印象最深的一句話。

Su Xuecheng:

Letting the First “Robot Bird” Fly

Is it possible to let animals act according to people’s requirement? It seems like the tricks of the animal trainers or the plots of the science fictions. In Robot Center of Shandong University of Science and Technology， Professor Su Xuecheng trained the common pigeons as the “pilots”. By putting a microelectrode device into the brain of the pigeon， the pigeon can understand the orders and make the appointed motion exactly.

After the Spring Festival of 2007， the first “Robot Bird” was born in Shandong University of Science and Technology， which attracted huge international media interest. After CCTV， Xinhua Net， Dazhong Daily and Qilu Evening News， many foreign media such as AP， Reuters， CNN， USA Today and The Times all reproduced this information. Su Xuecheng， professor of Robot Center of Shandong University of Science and Technology， was called the “First Person Researching on Animal Robots”.

“Shotcrete Robot” is the first robot created by Su Xuecheng. Every year， nearly 1，000 kilometers of coal mine tunnels， over 300 kilometers of large-scale tunnels， and the subways and underground storehouses are dug in China. Shotcrete Robot is one of the key equipments of this kind of projects. In the past， the equipments were dependent on import. Therefore， Su Xuecheng aimed to create China’s own equipments. Through two years of efforts， the project of underground robot for coal mine declared by Su Xuecheng and his partners was approved by Coal Department. They also got 80，000 yuan scientific research funds under the support of the leaders of the university.

In 1999， professor Su put forward the research on using animals instead of electro-mechanical robots. Exceeding the stipulated time of one year and a month， the first “Robot Rat” of China was born in Robot Center of Shandong University of Science and Technology. According to some experts， this “Robot Rat” reached the advanced level in the world.

On the basis of “Robot Rat”， and after more than one year of research and experiences， in the end of 2006， the world first “Robot Bird” was born. Eight microelectrodes were put into the brain of the pigeon and fixed with dental plaster. After the stimulation generator was fit， the pigeon immediately changed into a machine bird which can be controlled by people.

Controlled by the computers， the pigeons can perform the required acts of takeoff， hovering， tuning left， tuning right， and flying forward. “Robot Bird” is of great significance in searching and rescuing， detecting， air photography and delivery， even in national defense security.