為飛行器賦予人類智慧

杜月嬌

說(shuō)起無(wú)人機(jī)，很多人的第一印象就是其拍攝的那些讓人驚嘆的航拍照片或視頻攝像。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)已從最初的軍事應(yīng)用擴(kuò)展到城市環(huán)境中的各種任務(wù)。利用無(wú)人機(jī)收發(fā)快遞;應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行治安維護(hù)、疫情檢測(cè)、空中客運(yùn)……未來(lái)更多新技術(shù)的推廣可能給這些領(lǐng)域發(fā)展帶來(lái)革命性突破。與此同時(shí)，加大開(kāi)放低空空域的力度、發(fā)展以無(wú)人機(jī)為代表的通用航空產(chǎn)業(yè)，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有積極意義。在這一背景下，如何讓無(wú)人機(jī)等飛行器變得更加智能，安全高效完成復(fù)雜任務(wù)，將對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到關(guān)鍵性作用。

“我們現(xiàn)在所做的工作就是為飛行器賦予人類的智慧，讓它學(xué)會(huì)像人一樣去思考、解決問(wèn)題。”重慶大學(xué)航空航天學(xué)院副教授吳宇說(shuō)。面向國(guó)家之所需，提高飛行器的自主飛行能力，吳宇多年來(lái)在飛行器智能控制、規(guī)劃與決策研究中篤行不輟，研究對(duì)象涉及無(wú)人機(jī)、高超聲速飛行器、多模式運(yùn)動(dòng)飛行器等。他深信，通過(guò)為飛行器賦“智”，必將會(huì)大大提高未來(lái)社會(huì)各領(lǐng)域的運(yùn)行效率，打造出一幅新的社會(huì)圖景。

飛行器設(shè)計(jì)

——從懵懂到熱愛(ài)

在空中翱翔是一種夢(mèng)想，是一種情懷，是人類不安于現(xiàn)狀的最好證明。很早以前，在天空中飛行被認(rèn)為是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，但隨著人們想象力的提升和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這一切都慢慢成為現(xiàn)實(shí)。無(wú)人飛行器的出現(xiàn)，更是將科技推向了一個(gè)新的階段。

在上大學(xué)之前，吳宇對(duì)這一領(lǐng)域的了解并不多。學(xué)理科出身的他，原本的目標(biāo)就是學(xué)習(xí)與工程相關(guān)的專業(yè)。在吳宇從小的認(rèn)知中，和飛機(jī)相關(guān)的專業(yè)都十分“高大上”?！澳菚r(shí)候我就在想是不是學(xué)了飛機(jī)設(shè)計(jì)，關(guān)于地面車輛及一些其他機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)就都能搞定了?！彼f(shuō)。就這樣，吳宇于2007年9月進(jìn)入南京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)學(xué)習(xí)。大學(xué)4年，他在這一領(lǐng)域打下了扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。隨后他又成功考入北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院，師從飛行動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域知名專家屈香菊教授，繼續(xù)飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)的碩博連讀。

在屈香菊教授的指導(dǎo)下，吳宇對(duì)飛行器任務(wù)規(guī)劃這一課題的興趣愈加濃厚，并學(xué)會(huì)了在科學(xué)研究中如何將復(fù)雜的工程問(wèn)題進(jìn)行拆分、簡(jiǎn)化，并一步步入手解決其中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題?！扒蠋焽?yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度與傳授的學(xué)術(shù)論文寫作方法使我受益終身，為我工作后在飛行器智能控制與決策領(lǐng)域獨(dú)立開(kāi)展科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！眳怯钫f(shuō)道。

深耕多年

——飛行器智能控制成果頗豐

為適應(yīng)國(guó)家和西南地區(qū)航空航天事業(yè)的發(fā)展需求，重慶大學(xué)于2013年12月26日正式成立航空航天學(xué)院。作為土生土長(zhǎng)的重慶人，同時(shí)也是航空航天領(lǐng)域的科研工作者，2016年9月，吳宇決定回到故鄉(xiāng)，繼續(xù)自己在飛行器控制、規(guī)劃與決策領(lǐng)域的科研建設(shè)與探索。

在剛參加工作時(shí)，吳宇以博士期間與屈香菊教授團(tuán)隊(duì)合作的課題資源為基礎(chǔ)，更加深入研究不同類型飛行器的軌跡優(yōu)化問(wèn)題，并且關(guān)注多源信息融合與多模式飛行等前沿?zé)狳c(diǎn)。“不能局限于學(xué)術(shù)研究與發(fā)表論文，研究要與國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略相結(jié)合才能體現(xiàn)其價(jià)值”。秉承這一理念，吳宇開(kāi)始關(guān)注各種項(xiàng)目指南，在2017年申請(qǐng)到了領(lǐng)域基金項(xiàng)目，又將自己的研究對(duì)象延伸到了跨介質(zhì)飛行器?！半S著空-海一體化的建設(shè)思路，我們希望有能夠同時(shí)具備空中飛行與水下潛行能力的載運(yùn)工具?！眳怯钫f(shuō)。

為了能夠打開(kāi)自己的科研視野，將研究水平上升到更高的臺(tái)階，2019年，吳宇申請(qǐng)前往新加坡南洋理工大學(xué)機(jī)械與宇航學(xué)院進(jìn)行博士后工作。正是在這個(gè)時(shí)期，他在飛行器智能控制領(lǐng)域的研究有了質(zhì)的飛躍。在他的研究經(jīng)歷中，基于智能優(yōu)化理論設(shè)計(jì)各種任務(wù)場(chǎng)景下的飛行器任務(wù)規(guī)劃與決策算法是一條主線。然而，設(shè)計(jì)這類算法求解規(guī)劃與決策問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在何處？怎樣針對(duì)性地改進(jìn)這類算法以提高其解決具體問(wèn)題的性能？如何根據(jù)飛行器航跡規(guī)劃問(wèn)題的特點(diǎn)選擇最合適的算法進(jìn)行求解？這一系列的問(wèn)題，其實(shí)早已困擾吳宇很久，當(dāng)時(shí)也沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行深入探究。

帶著以上疑惑，吳宇基于領(lǐng)域內(nèi)普遍達(dá)成的共識(shí)，闡述了自己對(duì)上述熱點(diǎn)問(wèn)題的見(jiàn)解，以獨(dú)立作者的身份在智能計(jì)算國(guó)際期刊《群與進(jìn)化計(jì)算》（Swarm and Evolutionary Computation）發(fā)表了綜述論文。

在南洋理工大學(xué)，吳宇加入了空中交通管理研究所（Air Traffic Management Research Institute）。這個(gè)研究所由新加坡民航局出資和南洋理工大學(xué)合作開(kāi)設(shè)，并聘請(qǐng)了航空界全球頂級(jí)的專家對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督。在這里，吳宇和研究團(tuán)隊(duì)成員們針對(duì)無(wú)人機(jī)空中交通管理問(wèn)題開(kāi)展研究，研究也同時(shí)獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。考慮到未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的用戶申請(qǐng)使用無(wú)人機(jī)，由于低空空域容量有限，如果不加以限制，則會(huì)造成沖突。因此，針對(duì)無(wú)人機(jī)的不同運(yùn)行模式，以及離線與在線兩種情況，吳宇及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多用戶沖突解決策略，生成了無(wú)人機(jī)飛行方案，提高了無(wú)人機(jī)工作安全與效率，為無(wú)人機(jī)空中交通管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

志存高遠(yuǎn)

——腳踏實(shí)地的科研逐夢(mèng)路

2021年9月，吳宇回到重慶大學(xué)，繼續(xù)他的教學(xué)科研工作。此時(shí)，他也從初出茅廬的學(xué)術(shù)新秀逐漸成長(zhǎng)為在領(lǐng)域小有名氣的專家。學(xué)術(shù)期刊約稿、客座主編邀請(qǐng)、優(yōu)秀審稿人等稱號(hào)接踵而至。行業(yè)內(nèi)多個(gè)研究院所主動(dòng)向他尋求項(xiàng)目合作、邀請(qǐng)他擔(dān)任特聘專家等，都是對(duì)他長(zhǎng)期以來(lái)在飛行器智能控制與決策領(lǐng)域研究取得成績(jī)的認(rèn)可。

迄今為止，吳宇已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊會(huì)議上發(fā)表論文60余篇，其中以第一/通訊作者發(fā)表《科學(xué)索引擴(kuò)展版》（SCIE）論文34篇，主持各類科研項(xiàng)目十余項(xiàng)。因其在相關(guān)領(lǐng)域做出的突出科研成果，吳宇于2021年成功入圍“斯坦福全球前2%頂尖科學(xué)家”榜單。榮譽(yù)的獲得，對(duì)于吳宇來(lái)說(shuō)是莫大的鼓勵(lì)，但他明白現(xiàn)在遠(yuǎn)不是停下來(lái)的時(shí)候，未來(lái)還有更多更值得研究的問(wèn)題等著去解決。面向未來(lái)，吳宇認(rèn)為：“無(wú)人機(jī)集群的應(yīng)用是這一領(lǐng)域的大勢(shì)所趨。除此之外，無(wú)人機(jī)與其他載運(yùn)工具之間的協(xié)同與平臺(tái)構(gòu)建，也是重要發(fā)展方向之一?！眳怯钫f(shuō)?，F(xiàn)如今，他正在基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論探索無(wú)人機(jī)集群智能博弈與無(wú)人系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，一切工作都在有序進(jìn)行中。

不積跬步無(wú)以至千里。作為一名青年教師，吳宇深知自己在科研之路上還需要不斷地錘煉與積累。近些年來(lái)，他正在逐步與國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)建立穩(wěn)定的合作關(guān)系，隨著今后5年或者10年的科研歷練，他希望能夠聯(lián)合多團(tuán)隊(duì)力量，共同承擔(dān)一些國(guó)家戰(zhàn)略層面的科研項(xiàng)目，以此來(lái)發(fā)展與鞏固他們?cè)陲w行器控制、規(guī)劃與決策領(lǐng)域的研究成果，逐步將團(tuán)隊(duì)打造為國(guó)家發(fā)展無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的中堅(jiān)科研力量。

（責(zé)編：張聞）