苏学成：放飞世界首只机器人鸟
2007-03-02 05:22:00 作者:□本报记者 卞文超 本报通讯员 田静 来源: |
让动物按照人的意图行动，可能吗？这似乎是驯兽师的把戏，或者科幻小说里的情节。日前，在山东科技大学机器人中心，苏学成教授把普通家鸽变成了训练有素的"飞行员"。通过在鸽子脑中植入一个微电极装置，自由翱翔的鸽子竟然"听懂"了人的指令，精确地做出指定的动作。
苏学成,山东科技大学教授，他领导的机器人中心，是国内特种机器人主要研发基地。
1电脑和微刺激发射装置
2鸽子的"皇冠"是微电极装置
3安装在鸽子背部的"马甲"是微刺激发生装置
4鸽子控制飞行示意图
2月28日，青岛市有些降温。下午四点钟，山东科技大学校园仍处于寒假的宁静中，一栋红色的建筑楼顶上，鸽子翻飞。
每天这个时候，是机器人中心给鸽子喂食的时间。楼顶上风很大，苏学成教授仍然准时地出现了，在空地上撒下谷物。放养的鸽群已经认识这位老人，很快聚拢过来，咕咕叫着争相啄食，与普通家鸽没有什么两样。
"看见它们头顶上的装置了吗？"
顺着苏教授手指的方向望过去，记者发现，有几只鸽子的头顶上，多出一块粉红色的突起。就是这个小小的装置，让鸽子"听懂"了人话。
人鸽对话的表演
在机器人中心一楼的大实验室里，上演了一场人鸽对话的精彩演出。
一只鸽子被带入实验室，它是这场演出的"主角"。实验室这个"舞台"，是一个大车间，长18米，宽17米，高4.8米，空间范围相当大。
"主角"鸽子穿着专业的"行头"——头戴"皇冠"，身穿"马甲"。实验人员站在一台电脑面前，配合鸽子的演出。
"起飞。"实验人员一边说着一边通过电脑输入指令，他告诉记者，当他输入指令时，电脑旁边带天线的一个小装置就会把电信号发射出去。几乎同时，记者看到鸽子背部的马甲上，红色的信号灯开始闪烁。"这表示接收到了信号。"只见鸽子徘徊了几秒钟，呼啦一下飞了起来。
实验人员又输入了左转飞行的指令，鸽子向房间左侧飞去。他再连续输入右转飞行的指令，鸽子右向盘旋了一圈后，继续飞行，成功地完成了环室内一周的路线（如图4所示）。想让鸽子怎么飞，它就怎么飞，整个过程令人惊讶。
表演的背后
奥秘的关键就在三件道具身上。据苏学成教授介绍，鸽子头部的"皇冠"（图2），连接着一个通过手术植入脑内的微电极。鸽子身上的"马甲"（图3），是把 一个微刺激反应器固定在了鸽子身上，并连接了头部的"皇冠"。为了便于观察，这个反应器也可以固定在微电极的裸露部位。而电脑旁带天线的小装置（图1）， 则是一个微刺激发射器。人的指令，通过电脑操纵的微刺激发射器，发射给马甲上的微刺激反应器，再通过植入鸽子脑部的电极，对鸽子脑部特定的神经位点发生电 信号刺激，促使鸽子做出相应动作。这就是机器人鸟的工作原理。
"动物的神经系统里，包括人，传递信息的都是电信号。所以人们一直希望可以把电 信号读出来，弄懂它。如果真正能够实现的话，就能对一切心理活动一目了然。这个过程反过来，如果读懂了电信号，就可以模仿这个电信号，并把它加在神经系统 里面，做到以假乱真，控制它们的行为。动物机器人就是基于后者，用电信号刺激神经系统，使它听人的指挥。"苏教授说。
2006年5月8日，苏教授清楚地记得第一次实验成功的日子。那是经历过无数次失败之后，看到的第一缕曙光。
目前，机器人鸟已经能够根据计算机发出的指令，完成起飞、盘旋、转向飞行等动作。在电信号的"翻译"下，鸽子"接收"到人的意图，并作出强制反应。虽然 实验的有效空间范围仍局限于室内，但据苏教授介绍，如果给鸽子身上带上微GPS导航系统，在原理上说，户外的控制飞行也是可以实现的。
与鸽子相处的日子
今天，机器人中心生活着100多只鸽子，大部分鸽子都戴上了"皇冠"。没有戴"皇冠"的，多半是他们新近繁衍的后代。
喂食时，苏教授走到一个鸽笼前，特意多撒了一些谷物。"这个笼里的鸽子刚当妈妈，应该多吃点儿。"据苏教授的长期观察，实验并不影响鸽子的正常生活。手术在鸽子全身麻醉的情况下进行，鸽子本身无疼痛感。即便日后电极不能取出，对鸽子的影响也微乎其微。
每天亲自喂食，亲自打扫鸽笼，苏教授对鸽子的体贴无微不至。2006年冬天，第一场寒流来袭时，苏教授担心的是：动了手术的鸽子，头部缺失了部分皮毛， 肯定会感到寒冷。于是，他和课题组人员一起，把楼顶上的鸽笼搬到机器人中心的楼道里。当时实验取得了突破性进展，有好几只鸽子能够完成控制飞行，苏教授更 是对这几个合格的"飞行员"关爱有加。然而，鸽笼搬进楼道后没几天，苏教授清点鸽子的时候发现，表现最出色的一只鸽子丢失了！
苏教授心里一紧，想它也许是飞走了吧。于是仔细检查了鸽笼，加了护板。然而没有想到的是，第二天又丢失了一只鸽子。
"当时很心疼啊。"回忆起这件事，苏教授有片刻的沉默。"它们都为科研出过力。"苏教授说。
进化的搜救天使
为什么在鸽子身上大做文章呢？这不是突发奇想，更不是偶然的发现。如今我们看到的机器人鸟，经历了从蛇形机器人，到机器人老鼠，再到机器人鸟的"进化过程"。
苏教授是资深的机器人研究专家，曾成功研发过多种机器人，蛇形机器人就是其中之一。蛇形机器人是由履带带动的机器人，因为善于弯曲行走、攀爬穿越，所以取名"蛇形机器人"。研发它的目的，就是为了在发生事故或灾难时，便于跨越障碍，抵达人迹罕至的地方，展开搜救工作。
虽然蛇形机器人研究取得了成功，但是瓶颈也随之出现了。"一来是它体积比较大，遇到狭小的空间就难以穿越；再说它携带能源的能力有限，经常是'出师未捷身先死'。如果能找到一种动物来代替，这些问题不都解决了吗？"苏教授试图找到一个比蛇形机器人更好的方案。
最先想到的动物是老鼠。老鼠是实验动物，它的生物学资料丰富，便于研究。2005年，苏教授成功研发了国内第一只机器人老鼠，与机器人鸟的原理相同，它 能够按照人的指令做出规定动作。然而苏教授又进一步发现，让老鼠帮助人类搜救，有它致命的弱点——老鼠胆小，稍微遇到外来的干扰，就不再敢动弹。并且，它 的行动速度和范围也很受限制。
2005年底，机器人老鼠研制成功后，苏教授马上投入了机器人鸟的研发。家鸽的生物学资料相对欠缺，研究起来更 为困难。但是它的实用性更高——飞行的鸟类运动速度更快、活动范围更广，便于协助野外大范围的搜救，此外，在各种探测、空中摄影、投递等任务中，机器人鸟 更能帮助人类达成难以实现的目标。
不为人知的教授
一个又一个成就，把苏学成教授推到公众的视野中。由于机器人鸟的成功尚属世界首例，吸引了国内外多家重量级媒体对苏教授进行采访。
习惯了实验室里潜心钻研的安静日子，苏教授对这种突如其来的"热闹"很不适应。"前些日子，有家媒体对我的情况过于吹捧，不客观。我很生气，让他们写了 检查给我。"记者抵达青岛的当天，苏教授已经拒绝了三家媒体的采访。"我不图名不图利，搞这些东西做什么。"然而，当看到记者本人远道而来，他又心生体 恤，放下手头工作，亲切地表示配合。对于那位报道失实的记者，苏教授也没有把检查转交其领导，以免他受到处分。
眼前的苏学成教授，身材高大，脊背微驼，和蔼亲切。用课题组成员刘小峰博士的话说："一看就是一个忠厚的长者。"
对于自己的成就，苏教授并不多谈。他更愿意让大众多了解一些科学知识。
关于苏教授本人，记者所了解到的消息，更多地从他身边的人口中得知。
"跟着苏老师做科研，很快乐。最初这个课题组经费很紧张，苏老师拿出他自己以前承担国家863项目的节余，给这个课题小组公共使用。有问题，我也可以畅 所欲言，开会的时候公然提出来，他都会乐呵呵地接受。"机器人鸟课题小组的另外几位成员告诉记者，"苏教授为人很执著，机器人动物这个课题，从1999年 起他就开始申请，申请了4年都没有成功，但他每年都不放弃。除了吃饭睡觉，他绝大部分时间都在实验室里，通常都在晚上十点之后回家。不要说科研报告了，就 连打扫鸽笼这样的脏活、累活，他也从来不支使别人，而是和大家一起去做。"
然而苏教授自己却说："我没觉得有什么不容易，二十多年了一直这样，已经成习惯了，闲下来反而不习惯。"
"人是要有点精神的，有了这个精神，就会认真、执著，就能吃苦、吃亏。"这是他留给记者印象最深的一句话。
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