人機交互控制，賦能中國智造
——記中國科學院海西研究院泉州裝備制造研究中心研究員李俊

杜月嬌

李俊

著名未來學家、科普作家史蒂文·約翰遜曾說過：“我們正在進入一個指數級增長時代。人類與機器智能合作將迎來黃金時代，算法將增強人類智力。隨著技術呈現指數級增長，整個社會都會變得更加美好。”近些年來，隨著科技進程的更迭，人機交互逐漸走進我們的視線，成為電腦協助工業生產和人們生活的重要方式。而這一預言，也在時代的發展下逐漸變為現實。

“過去，一直都是人類去適應計算機、學習計算機語言。未來計算機將朝著適應人類的方向發展，包括要理解人類的語言和動作。”中國科學院海西研究院泉州裝備制造研究所研究員李俊說。為了達到這一目標，他多年來在機器人自適應控制、圖像處理與認知等領域的研究工作中不斷深耕，積累了豐富的科研實踐經驗。在他看來，未來的人機交互模式一定是“自由”“智能”“自然”的，而能將這些愿景通過科學的方式變成現實，便是他矢志奮斗的理想。

海外逐夢，結緣信息科學

21世紀初，計算機技術的發展為科技變革注入了新的力量。彼時，剛剛高中畢業的李俊對這一領域研究萌生了極大的好奇心。為了能到國外學習這一領域的前沿科學技術，他于2001年前往德國維爾茨堡大學繼續攻讀計算機專業，并在那里度過了自己的本科和研究生生涯。

在德國維爾茨堡從事科學研究的日子里，李俊主要扎根于信息學這一學科領域進行科研探索。圍繞著這一學科，他順利接觸到了機器人相關的研究工作，并對人機交互產生了濃厚興趣。

為了能夠進一步在這一領域深耕，研究生畢業后的李俊于2009年來到了德國機器人智能系統實驗室（CoTeSys）攻讀博士學位，在這里進行科研學習的3年間，他有了更多接觸到科研新興技術的機會，在人機交互等領域的科研水平有了極大的提升。在此之后，他又在德國馬爾堡大學認知與智能系統實驗室從事博士后研究，這一系列科研經歷讓他在機器人自適應控制技術、認知系統建模、人機交互領域不斷歷練與沉淀，為其今后科研工作的開展奠定了堅實的基礎。

扎根祖國，成果助力智能制造

服務國家戰略，為社會需求而研，是科研工作者的職責使命。學成歸國后，李俊抱著為中國人機交互產業創新貢獻一己之力的美好愿景，來到了中國科學院海西研究院泉州裝備制造研究中心繼續自己的科研創新征途。

中國科學院海西研究院泉州裝備制造研究中心位于海上絲綢之路起點城市——福建省泉州市。改革開放以來，泉州的民營經濟歷經40多年的變遷，成為我國民營經濟的龍頭。但是，從產業結構來看，泉州九大千億產業集群中，除電子信息產業外，其余八大支柱產業絕大部分都是傳統制造業。而面向智能制造這一領域的國家重大戰略需求，泉州地區仍需要更多新興科研力量的支撐。在這一背景下，中國科學院海西研究院泉州裝備制造研究中心正式成立。為了能夠將專業知識更好地應用于我國的智能制造領域研究，李俊曾到福建泉州等地區考察了大約一周，并對當地的產業發展情況有了更加深刻的認知。“在中國智能制造領域擁有巨大機遇的情況下，我也想利用自己所學為國家做些什么，同時在這一背景下能更好地實現自己的核心價值。”他說。

2014年回國后，李俊做的第一件事情就是建立屬于自己的課題組。在相關科研技術的支撐下，他順利申請獲批了國家“十三五”計劃研究課題。通過這一研究課題，李俊將自己的研究面向國家重大需求，通過機械臂設備與3D打印技術相結合，更好地造福于我國醫學植入關節的制作。

隨著我國人口老齡化的到來，相關老年群體對于健康生活的需求越來越大。而隨著年齡的增長，關節的損傷、運動功能的減弱便成為困擾老年人生活的重要因素。根據新思界產業研究中心發布的《2020—2024年人工關節行業市場供需現狀及行業經營指標深度調查分析報告》顯示，預計到2050年，我國骨質疏松患者人數將增加至2.2億，占人口總數的15%左右。在這一社會現狀之下，我國人工關節市場需求持續高漲。但是，經過對人工關節的應用情況進行調研，李俊發現：雖然近些年來人工關節的植入技術越發成熟，但是仍存在著一系列亟須解決的科研問題。人工關節與人體本身的融合，便是其中之一。

一般來說，為了增強人工關節的性能，人們通常會使用一些具有耐磨性的高強度材料。這種材料主要通過減材制造而成，因此對不同個體的關節適應程度并不高，關節在植入人體之后，與原生關節契合度不夠。除此之外，以鈦合金等為材質的承重材料植入之后，也無法跟體內的生物環境更好地融合，導致其與原生關節產生磨損。為了克服相關問題，李俊結合團隊的研究基礎與研究優勢，將研究方向瞄準表面生物材料涂層打印，開展研究攻關。

在這一研究過程中，李俊團隊創新性地通過科研技術，將生物相容性材料狀態融合到介于液體與固體之間，使其不僅具有流動性，還具有獨有的液滴型表現形式。這種特性可以使生物材料打印更具有靈活性。同時，他們還從人機交互的角度出發，成功研發了一套高精度的機械臂設備，通過材料與機械臂的結合，完美掌控液滴的傾斜角度，從而提升表面涂層材料在人工關節內的覆蓋精度。在此之后，通過神經附著，使材料表面形成一種類似血肉的組織，以避免人工關節與原生關節的摩擦，以此來達到人工關節與人體的完美融合并延長其使用壽命。

功夫不負有心人。通過研究攻關，李俊團隊成功實現了人工植入關節的表面處理及優化。現如今，相關技術已經成功應用于第三軍醫大學的人工關節植入手術中。目前經過幾十例臨床手術應用，患者的術后效果良好。

面向國需，團隊共拓領域未來

科技引領著時代變革的潮流，而身處科研領域的每一個人都有可能成為這個時代的推動者。近些年來，國家對相關領域研究給予了極高的關注度，為從事這一領域的科研人給予了足夠的政策性側重。李俊相信，在未來的中國制造業攀登高峰的過程中，相關領域的科研技術一定會有巨大的提升，人機交互技術必定會在祖國社會發展中占有一席之地。作為團隊的管理者，他也希望能夠為相關領域研究培育更多新興科研力量，使研究的火炬不斷傳承下去。

團隊合影

多年來扎根在教學一線，李俊在人才培養上也有自己的心得體會。在他看來，不同時代的學生普遍具有不同的個性特點。如今的青年學子，普遍知識背景更加寬泛，對新鮮事物的接受能力更強。在學生的培養中，相較于用一套一成不變的模式教育每一個個體，他更傾向于根據不同學生的個性特點，進行因材施教，使學生能夠最大限度地發揮自己的優勢及閃光點，在主觀能動性的驅使下，做出更多創新性科研成果。潤物細無聲，多年來李俊正是通過這樣的方式，為學生、青年科研人員的成長提供了廣闊的空間。

積極探索人機交互控制，打破國外技術壟斷，多學科、多團隊的密切合作必不可少。現如今作為福建省機器人智能系統工程技術研究中心主任，李俊還依托于這一平臺的優勢，致力于將不同學科、不同方向的研究團隊按照相關項目進行組合和交叉，通過打破各學科之間的研究壁壘，攻克更多“卡脖子”的技術難點，使中國在人機交互控制領域上升到更高的臺階。

筑夢泉州，放眼全國。面向未來的科研目標，李俊深知，自己要走的路還很長。立足在這片中國智能制造蓬勃發展的土地上，他還將引領科研團隊腳踏實地持續創新，繼續扎根理論研究和技術改善，為中國智造貢獻源源不斷的科研力量。