他是高校教师也是创业家,致力研发外骨骼机器人让瘫废患者重“走”人生(转)

        人们常说“鱼和熊掌不可兼得”,却忽略了这并不是一个绝对性的真命题。“至今为止,我从未离开过学校,也没想过有一天被应聘到企业任职,但我对科技成果产业化有着浓厚的兴趣。”电子科技大学自动化工程学院程洪教授对记者说道。作为高校教师,程洪一直以来都在扎扎实实地做着机器学习与模式识别领域的科学研究,并致力于将研究成果产业化。功夫不负有心人,2012年,在电子科技大学机器人研究中心的支持下,程洪创立了布法罗机器人(成都)科技有限公司,他的学院研究+产业化之路一步步迈向“星光大道”。

                                                                                  多元文化氛围与跨学科交叉研究

       2003年程洪博士毕业于西安交通大学人工智能与机器人研究所,随后在2006年前往美国从事机器人技术方面的博士后研究。这两段学习经历对于程洪来说,有着重要意义。“西安交通大学的学习,是我科研生涯的起步阶段,奠定了我的学术基础和底蕴。当时我刚开始接触人工智能,主要从事无人驾驶等方面的研究。2006年我前往美国卡内基梅隆大学攻读机器人技术专业的博士后,进行跨学科交叉研究,也接触到了国外多元文化氛围。美国的这段学习经历,无论是在生活还是科研上,都让我的视野更加开阔、专业知识更加扎实与深厚。”

     “古之学者必有师。”一个好的导师无疑对学生起着引导作用,照亮漫漫科研路。在西安交通大学读博期间,程洪师从当时任西安交通大学校长的郑南宁院士(现任陕西省科学技术协会名誉主席、中国自动化学会理事长)。“郑老师是一个非常勤奋、严谨的人。他很执着,思维也很开阔。当时他不仅是西安交通大学校长,人工智能与机器人研究所也是他创立的。在郑老师身上我学到了认真的工作态度和严谨的工作方法。在我们读博士的那个时期,是中国科研界较为浮躁的阶段,然而郑老师一直是兢兢业业、扎实地做科研,这种精神对我以后的职业生涯有着很大的激励与督促作用。”谈及郑院士,程洪满怀敬仰与感激。

       从西安到美国再到成都,虽然辗转了3个地方,但程洪的研究领域一直未变——机器学习与模式识别。出国并不代表“一走了之”,当初出国深造,程洪是为了开阔眼界,去外面的世界看看,了解别样的生活与工作方式。“我本身所学专业需要跨学科,国外的跨文化环境会更有利于跨学科的交流与学习,出国深造最直接的原因是寻求一种升华,并没有想过要在国外长期发展。”在国外生活了3年之后,程洪毫不犹豫地选择回国发展,并于2010年加入成都电子科技大学进行教学与科研工作。在程洪的观念里,祖国大地才是真正能让他发光发热的一片沃土。第一,国内有更好的发展空间;第二,从历史的时间节点看,中国科研处于一个很好的发展时期,前景光明。

                                                             

       不同的文化背景决定了不同的教育培养体系。接受过中美两国的教育,程洪认为国内外在人才培养与创新教育方面主要有以下两点区别:一方面,中国的应试教育程度更深一些,尤其在中小学阶段。美国教育对学生好奇心的激励要偏多一些,更偏向培养学生的主动性,因此美国学生的创新性比中国学生要强,但中国由于应试教育占优势,因此中国学生的基本功很扎实。另一方面,从教师的角度来说,教师在教学的同时也是一个“被培养”的过程。国外的教师多是因好奇心的驱动去做科研,所做科研要么偏向前沿基础,要么偏向解决社会问题的技术创新,多与社会实际问题结合紧密。而中国教师更多受考核机制的驱动,部分研究为了发论文而发论文,而不考虑科研成果是否具有实际的社会和应用意义。这两点区别,无疑成为了程洪回到电子科技大学工作的重要动力——在相对自由的环境下,从事面向社会、面向应用的科学研究。

       从2010年至今,在电子科技大学工作的这几年,程洪感触和收获颇深。跨学科研究与交流(包括工科与工科的跨界,工科与医学的跨界)、灵感与思维的火花碰撞,让程洪更加热爱自己的研究。“当时的电子科技大学校长李言荣教授(现为四川大学校长)经常说,电子信息本身向纵深发展出全新的技术已经很困难,而电子信息与其他行业的结合、交叉和跨界的横向发展才刚刚开始,具有广阔的空间。当我在美国卡内基梅隆大学时,我的研究领域更偏向于机器学习和计算机识别算法,但是在研究过程中我始终感觉这一领域需要与实际应用融合才更加有意义,因此在电子科技大学工作这几年,我主要研究外骨骼机器人,希望能从更深层次上探讨机器机构、自动控制、AI算法甚至生命医学等多个领域的融合。”学术界常说多学科融合,实际上能真正做到的并不多,多年来,程洪一直朝着这方面努力。

                                                                         机器学习与模式识别:算法优美,前景广阔

       机器学习和模式识别是人工智能的核心,现如今所有的智能+应用场景的实现都离不开机器学习与模式识别,它们的发展趋势亦是人工智能的一个大的发展趋势,它们的应用前景是十分广阔的。一直以来,程洪都从事着机器学习与模式识别领域的创新性研究,目前,程洪团队大概有100多位核心成员,成员主要来自电子科技大学机器人研究中心。在程洪看来,机器学习与模式识别的理论算法尤为优美,但在实际研究过程中存在着“闭环”问题,要想在现实生活中得以应用,则需要形成“开环”。“机器学习与模式识别从理论到实际应用存在诸多壁垒,这是目前面临的最大困难。想要克服,就需要摸清现有的一些场景约束方法,通过融合,打破壁垒。”在科学研究中,投入与产出是成正比的。多年的研究程洪积累了不少成果,包括智能网联汽车、仿生机器人等。“在西安交通大学学习的时候,我研究的是智能驾驶,在美国卡内基梅隆大学主要研究计算机视觉算法,之后回国到电子科技大学任职时,主要是依托先前的研究,专攻外骨骼机器人。”

       其中,程洪特别提到了外骨骼机器人和无人驾驶平台。外骨骼机器人,是一种穿戴式仿生机器人,为什么叫外骨骼呢?是相对内骨骼而言的,它可以穿戴在人体的外部。外骨骼机器人的设计理论基础是人机智能系统,涉及的技术有人机混合、固态建模和仿生、物理人机交互、人工教学,可以在医疗、军用(例如特种兵穿戴)、工业等多个场景应用。“我们目前主要研究仿生机器人在医学领域的应用——外骨骼机器人,旨在帮助截瘫患者恢复行动能力。这项研究对于我们来说,在技术和应用上都是0-1的过程,目前已经申报专利120余项,正在医院做推广,希望能早日在临床上得到广泛运用。”

                                                               

       在无人驾驶平台方面,程洪及其团队所走的是基于摄像头的VPM路线,希望通过研究,在实现无人驾驶时不再需要高清地图的支持。“高清地图意味着高分辨率,高分别率意味着高数据量,高数据量则需要极其大的存储空间。如果全世界范围的无人驾驶平台都需要如此大的存储空间,那么实现起来是极其困难的。”程洪坦言。

       有观点认为“机器学习就是模式识别”,亦有观点认为“机器学习和模式识别是有区别的”。对于机器学习和模式识别两者之间的关系,程洪认为,机器学习与模式识别的区别必然存在,如果没有区别何不统一名称呢?“机器学习包含模式识别。机器学习偏重或强调学习,更宏观;模式识别侧重对目标的识别与判断,更具体。”程洪解释。那么,目前我国在机器学习和模式识别这一领域处于什么样的发展水平呢?“我国的机器学习与模式识别在理论和应用上的探索可以说接近国际水平。”程洪信心十足。不过仍然面临着困境——机器学习与模式识别研究处于封闭环境,无法做到开放性和兼容性。例如智能手机上有一个人脸识别功能,其实这一功能是在封闭的环境下,通过现有的数据样本运算开发而成,当面临不同的外部环境,这个功能就必须升级或扩展,那么原有的人脸识别就失效了,也无法迅速形成新的识别系统。“这一难题是国内外人工智能界共同面临的,目前正在积极探索解决方法。”

                                                                        学院+产业化研究:布法罗机器人科技有限公司

       2012年,程洪创办了布法罗机器人(成都)科技有限公司,打开公司官网,会看到这样一句话——“点燃残疾人的希望,重塑新的人生”。布法罗机器人(成都)科技有限公司主要以机器人、机器视觉、人机交互技术为核心,辅以相关外围技术及产品,依托电子科技大学机器人研究中心成立,提供外骨骼机器人产品和系统解决方案。“公司主要生产以外骨骼机器人为核心的康复医疗器械,还包括在特种行业运用的外骨骼机器人。例如截瘫助行外骨骼机器人,可以用于康复医学科的固态评估、治疗和训练;偏瘫外骨骼机器人,可以用于偏瘫(如身体上部或下部瘫痪)的运动训练和恢复。未来,公司也会开拓一些新的产品,依靠人机系统,从医用、工用到军用,由点及面的扩展开来。”程洪介绍。

       除了创始人,程洪还是公司的首席科学家,负责核心技术开发工作。谈及创业初衷,程洪表示:“现在很多高校的科研成果并没有在社会上得到广泛运用,我希望我研究的技术能够真正实现从理论算法到前沿应用,这就是我创业的初心。”其实,实现这一“初心”的路径并非只有创业这一条,然而中国目前面临的现状是:很难直接将一项科研成果交由外部企业去进行生产力转化和应用。一是企业对研究成果缺乏了解,二是企业缺少“感情”,三是企业不免有急功近利的心态,急于求成。“一项好的科研成果需要耗费长时间去研究、打磨,习主席曾说过‘要将论文写在祖国的大地上’,那可不是一朝一夕就能写成的。以前,中国社会多为‘草根’创业,当然我并没有贬低‘草根’之意,这而是从一个侧面反映了‘学院技术’对社会的贡献太少。我希望通过自己的努力,让这类技术能在社会上真正‘用’起来。”

       坚持走学院+产业化研究道路多年,作为“过来人”,程洪认为,科研成果要想转化成实际应用,一是自己创业,二是将科研成果转交给企业去孵化,三是将科研成果转让。“一项科技成果从研发到真正应用,可谓是‘十年磨一剑’,一般的‘局外人’是没有这个激情和精力去支撑10年的。”途径虽有多种,可在程洪眼中,科研成果就像是自己的“孩子”,还是通过自己创业、亲自见证“孩子们的成长”来得实在。尽管创业维艰,但在下定决心的那刻起,程洪就已做好了足够的准备。要做的事情还有很多,不过,总归未来可期。

                                                                            

原标题:程洪:深耕学院+产业化研究的“钢铁侠”

注:原文载于《千人》杂志2019年总第71期,转载请注明来源,未注明来源转载将视为侵权。