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| | 做了大半的不幸研究“不幸”撞题！西湖大学新成果突破世界级卡点 | |
? 文|《中国科学报》记者王兆昱 9月底，做大撞题西湖大学特聘研究员、研究WhatsApp%E3%80%90+86%2015855158769%E3%80%91mower%20hoist博士生导师赵世钰课题组完成的西湖新成新闻中国多旋翼无人机研究成果登上Nature杂志。 他们做出了一套名为FlyingToolbox的大学空中作业机器人系统，由两架“叠飞”的果突无人机组成——一架像主刀医生、另一架则像递工具的破世护士，在6级强风下仍稳如泰山，界级完成高精度的卡点科学协同作业。 《中国科学报》近日了解到，不幸这个亮眼的做大撞题成果背后，还有一个“置之死地而后生”的研究故事。 故事要从5年前说起。西湖新成新闻2020年，大学赵世钰和新进组的果突博士后曹华姿一起，尝试让无人机在空中完成3D打印。然而2022年9月，他们发现英国帝国理工学院的类似研究在Nature发表。 这对师生只好重换课题，从头再来。新研究一做又是两年半。赵世钰告诉《中国科学报》，在机器人这样快速更迭的领域，投入两年半其实风险很高，是WhatsApp%E3%80%90+86%2015855158769%E3%80%91mower%20hoist一场“豪赌”。 上天不负有心人，这对师生的坚持有了回报。  团队合影，居中为赵世钰，右二为曹华姿 飞吧，机器人！ 当城市苏醒，高空清洁师傅开始工作，作业高度令人心惊胆战，细长的安全绳在风中摇摆。 这样的场景在都市中每天都在上演。而赵世钰团队的FlyingToolbox有望在电力、农业、建筑等领域代替人力，从事高风险的工作。 “空中机器人和地面机器人是一对孪生兄弟。”赵世钰向《中国科学报》展示了一张对比图。地面机器人用双腿行走，用双臂完成任务；空中机器人则用无人机机体飞行，用机械臂完成任务。  空中机器人vs地面机器人（该地面机器人为宇树科技产品） 然而，在实际应用中，单独一个空中机器人往往是不够的。FlyingToolbox的最大意义在于，实现了两架无人机的近距离亲密协作。 它由两架“叠飞”的无人机组成。下方是一架“工具箱无人机”，承载了多种丰富的工具；上面是一架“操作无人机”，用灵活的机械臂拿起、放下工具，完成操作任务。 医生接过护士递来的手术刀这一动作，对人类很容易，对空中的飞机来说却并不容易。其核心难点是，如何实现“强干扰下的高精度”。 赵世钰介绍，两架飞机“叠罗汉”时，最近距离仅有0.6米，会产生13.18米/秒的扰动气流，相当于人在6级强风中行走。在这么强的扰动下，精度需达到水平误差小于1.5厘米、倾斜角度小于2度。 为了解决这一科学问题，研究团队设计了三个“黑科技”：柔性电磁对接机构、气流扰动估计与补偿方法、高精度对接与操作控制技术。 历经无数次实验后，FlyingToolbox能做到一口气抓取、放下工具20次。 赵世钰团队研发的这套FlyingToolbox空中协同操作系统，成功解决了近距离飞行与高精度操作之间的技术矛盾，使无人机技术发展的一个世界级卡点得到突破。这也是中国在多旋翼无人机领域的研究成果首次登上Nature。  Nature论文 置之死地而后生 “没有回头路，一定要将FlyingToolbox做成功！”对这次研究，曹华姿下定决心。 2020年，曹华姿加入赵世钰实验室，第一个项目是做无人机的空中3D打印。这一课题很新颖，如果能做出来，可能“领跑”世界。 不巧，这一想法与帝国理工学院的团队“撞车”，后者以更快的速度发表了。赵世钰和曹华姿只能忍痛舍弃手上已经做了大半的研究。 2023年春节，一个新想法“闯”入赵世钰的脑海。这次的想法更具颠覆性，一旦开始，就要投入巨大的人力、物力。 要不要再试一把？ 最终，科学的理想超越了一切，带着他们前行。 “别眨眼，看看炸机多少次？”9月28日，西湖大学在B站上发布了赵世钰团队的《炸机实录》视频。而视频中所展示的，只是他们经历的无数次炸机的冰山一角。好在，他们坚持了下来。 论文发表后，有许多投资人联系到赵世钰。目前他们已经融到了第一笔资金，准备将研究成果转化为实际的产品。赵世钰介绍，空中操作机器人或者带臂无人机有望解决工业场景中许多问题，属于竞争少、潜力大的“蓝海”领域。 “就像很多老师说的，研究要‘顶天立地’。‘顶天’就是追求高精尖的研究，可以天马行空；‘立地’就是落地，解决实际问题。”赵世钰告诉《中国科学报》。  赵世钰 投入3000小时 2019年，赵世钰离开了任教3年的英国谢菲尔德大学，回国加入西湖大学。刚安定下来，他便开启了一项庞大的工程——制作一门崭新的、关于强化学习的免费公开课。 触发这一行动的，是他自己的学习经历。 赵世钰本硕毕业于北京航空航天大学，博士毕业于新加坡国立大学，师从无人机领域的资深专家陈本美。这些经历使赵世钰的数学基础打得非常扎实。但在2016年刚接触强化学习时，他发现，现有的教材难以让人轻松“学会”。 当时，关于强化学习，已经有很多藤校和“大牛”做出的教材和教学视频，怎么就学不会呢？ 赵世钰起初觉得，学不会，一定是自己的问题。 随着学习的逐渐深入，他发现，这可能不是自己的问题。现有的教材要么太过专业，需要有很强的控制背景，对学习者不友好；要么奉行“无痛学习”，回避数学原理，但这让学生难以透彻理解。 “要想真正地理解，‘无痛’是不可能的，要花时间去透彻地学习数学原理。”赵世钰告诉《中国科学报》，他从零开始，花了3000多个小时将《强化学习的数学原理》挖掘和呈现出来。 那段日子，赵世钰要组建实验室、带学生做科研，同时又要写教材、录视频。从教材里的每一句话、每一张图、每一个公式，再到PPT的制作甚至设计护眼背景色等细节，他力求让同学们拥有最好的学习体验。巨大的工作量让赵世钰中途一度想放弃。 赵世钰笑着说：“这辈子不会再做第二次了。” 随着近几年大语言模型和机器人的热度升高，这门《强化学习的数学原理》被越来越多人点开。目前，该课程在GitHub上已有一万多星，B站播放量在同类型课程中排名第一，教材销售超过1.5万册。课程“火”了！ “全网有很多好的反馈。”令赵世钰最有成就感的，是来自天南地北乃至海外的来信和留言。 有的学生留言：“听了赵老师的课，我的脑袋真正打开了。”有的学生联系赵世钰，向他展示了自己的代码实现。有的学生认认真真梳理了笔记，加入自己的理解后，又将教学视频二次创作。 “没有垮掉的一代。现在很多年轻人都能沉下心来做学问，他们非常认真地学习我的课程，这让我也没想到。”赵世钰说。 近日，一位英国伦敦政治经济学院的资深教授向赵世钰发邮件称，他也准备开设强化学习的相关课程，因为从赵世钰的课程中收获颇丰，特此发来邮件表示感谢。“以前都是中国学者阅读国外的教材，未来希望越来越多的外国学者能读我们中国学者的教材！”赵世钰说。 作为导师，赵世钰悉心培养着每一位学生。 他讲起一位“特别”的学生。这名学生本科和硕士分别毕业于西工大和上海交大，刚到赵世钰实验室读博时，性格非常腼腆，但做事细致深入。博士顺利毕业后，继续跟随赵世钰做博士后。 就在做博后期间，一家企业向这名学生抛来了高薪“橄榄枝”。在与赵世钰沟通后，这名学生决定中途退站，前往业界“闯一闯”。 赵世钰完全尊重和支持学生的选择。后来，在企业界工作了一段时间后，这名学生决定自主创业。 再次见到这名学生时，赵世钰欣慰地发现，他已不复当年的腼腆，整个人都“打开”了，思维更立体，眼界也更广。 “培养的学生未来超过自己，也是老师的成就之一。”赵世钰说。 做有价值的事情，必然给世界带来回响。这种“心气”，一直推着赵世钰一路向前。 ?特別聲明：本文轉載僅僅是出于傳播信息的需要，并不意味著代表本網站觀點或證實其內容的真實性；如其他媒體、網站或個人從本網站轉載使用，須保留本網站注明的“來源”，并自負版權等法律責任；作者如果不希望被轉載或者聯系轉載稿費等事宜，請與我們接洽。
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