自由翱翔，放飛理想——2004中國空中機器人大賽

2004 年中國首屆空中機器人比賽于11 月5 日~8 日在西安舉辦。此次比賽由中國自動化學(xué)會機器人競賽工作委員會和科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心舉辦，由清華大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、空軍工程大學(xué)聯(lián)合承辦，它是我國航空航天領(lǐng)域和智能控制領(lǐng)域最高規(guī)格、最高水平的科技賽事之一。
    創(chuàng)新是一個民族的靈魂，未來國家之間的競爭歸根結(jié)底是人才的競爭。時代的發(fā)展需要越來越多理論水平高、動手能力強、心理素質(zhì)過硬的綜合性人才。如何適應(yīng)未來競爭和發(fā)展的需要，建立一種全新的人才培養(yǎng)模式，從而為國家、為社會輸送大批更加優(yōu)秀的人才，是值得教育界和我們科技界共同關(guān)注的命題。
    實踐教育，是全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。實踐是認識的基礎(chǔ)，在認識活動中起著決定性的作用。把理論知識用于實踐，以及學(xué)生參與實踐，是現(xiàn)代化教育的重要組成部分。通過實踐，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生對理論知識的理解掌握，更能培養(yǎng)學(xué)生的鉆研精神，激勵學(xué)生進行探索和創(chuàng)新。將理論知識與實際工程問題相結(jié)合，既能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力（包括科研能力與社會能力），又能鍛煉其堅忍不拔、協(xié)作進取的精神。中國空中機器人大賽適時地為實踐教育提供了一個優(yōu)良平臺，在這個平臺上，極具創(chuàng)造力的一個群體———高校學(xué)生———將能充分展現(xiàn)他們的聰明才智，為航空航天科技的發(fā)展注入新的活力。

一、創(chuàng)辦大賽建設(shè)實踐創(chuàng)新平臺

     空中機器人（Aerial Robotics） 一詞最早由美國喬治亞理工大學(xué)的Robert Michelson提出，指各種能夠在空中自由飛行的飛行器，包括固定翼無人飛行器、旋翼無人飛行器、無人飛艇等。在通信、氣象、災(zāi)害監(jiān)測、軍事、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面都有廣泛的使用。它與傳統(tǒng)航模最大的區(qū)別在于它不是由人通過遙控的方式操縱，而是能夠自主飛行、自動調(diào)整飛行姿態(tài)和飛行策略的無人飛行器，同時它還能與環(huán)境進行交互，探測目標信息并做出反應(yīng)，從而完成預(yù)定任務(wù)。國際空中機器人大賽自1990 年開始，迄今為止，已經(jīng)具有極高的科技含量和技術(shù)水準，參賽空中機器人已能完成自主飛行、目標識別、處理、跟蹤、控制等相當復(fù)雜的任務(wù)。該賽事在刺激全世界年輕人對航空航天和智能控制興趣的同時培養(yǎng)了一大批富有創(chuàng)新精神、動手能力強的高素質(zhì)人才。目前，該賽事催生的許多技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，其中有一部分已經(jīng)開始在一些無人機裝備中使用。
    遺憾的是，雖然國際空中機器人技術(shù)發(fā)展迅猛，國內(nèi)卻始終沒有隊伍參加國際空中機器人大賽，空中機器人研制水平也遠遠落后于國際水平?；谶@樣的現(xiàn)實情況，中國自動化學(xué)會機器人競賽工作委員會和科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心決定舉辦中國空中機器人大賽（Aerial Robotics Competition of China,簡稱ARCC）。大賽涉及機械、電子、計算機、自動化、空氣動力學(xué)等多個學(xué)科，技術(shù)上的創(chuàng)新性、前瞻性、多學(xué)科綜合性和極大的潛在實用性使之成為眾多科技活動中極具挑戰(zhàn)性的一項賽事，吸引了許多高校和科研院所的關(guān)注。毫不夸張地講，這項賽事稱得上是國內(nèi)航空航天與智能控制領(lǐng)域最高規(guī)格、最高水平的科技競賽。
    大賽宗旨在于通過比賽提高國內(nèi)航空航天和智能控制等學(xué)科科技活動的水平，促進交流，激發(fā)興趣，培養(yǎng)中國航空航天和智能控制科技事業(yè)的優(yōu)秀后備力量。首屆比賽由清華大學(xué)、空軍工程大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)聯(lián)合承辦，并得到了國家863 計劃機器人主題專家組、中國自動化學(xué)會智能自動化專業(yè)委員會、IEEE 控制系統(tǒng)學(xué)會北京分會等的大力支持。大賽得到了社會各界的廣泛關(guān)注和支持，包括朱光亞院士、顧誦芬院士、陳一堅院士、教育部副部長吳啟迪教授等在內(nèi)的幾十位院士、專家和領(lǐng)導(dǎo)對大賽給予了極大關(guān)心并擔(dān)任比賽顧問。首屆大賽在全國得到了積極響應(yīng)，有15 支隊伍報名參賽，其中5 支參加旋翼組比賽，10 支參加固定翼組比賽， 還有許多國內(nèi)著名高校和科研單位還派出代表前往觀摩。
    中國空中機器人大賽提出的口號是“自主翱翔、放飛理想”，大力提倡“自主、創(chuàng)新、協(xié)作、超越”的精神。在開拓創(chuàng)新、勵志超越、公平競爭、協(xié)作進取的大方向下，支持、鼓勵各種奇思妙想、發(fā)明創(chuàng)造，培養(yǎng)全國青少年對于航空航天和智能控制的興趣，促進參賽隊伍技術(shù)水平的提高。
    首屆中國空中機器人大賽歷時4天，于11 月8 日在西安市閻良區(qū)順利閉幕。它的成功舉辦在國內(nèi)受到廣泛矚目，大賽期間，教育部吳啟迪副部長、殲十總設(shè)計師宋文驄院士等許多領(lǐng)導(dǎo)和專家均蒞臨賽場觀摩賽事，并對大學(xué)實踐教育中的建設(shè)實踐平臺、推動實踐教育、提高實踐水平等問題發(fā)表了重要講話。各大主流媒體紛紛對比賽進行跟蹤報道，如中央電視臺、北京電視臺、陜西電視臺、西安電視臺、新華社、人民日報、光明日報、中國青年報、文匯報、美國國際日報、中國航空報、國際航空、航空知識、陜西日報、西安晚報、華商報、自動化博覽等，搜狐網(wǎng)還專門為比賽推出了詳盡的專題報道。

二、舉辦大賽檢驗實踐創(chuàng)新能力

    空中機器人是一項系統(tǒng)工程，如果可靠性得以提高，它就是可以實用的無人機?？罩袡C器人的設(shè)計與制造涉及到機械、電子、計算機、控制、飛行動力學(xué)等多個學(xué)科，在具體的問題中，又涉及到飛行器的設(shè)計、制作，控制系統(tǒng)的設(shè)計、電路板制作、傳感器應(yīng)用，數(shù)據(jù)通信、圖像識別等多方面的知識。這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)要求所有隊員不僅自身要具備比較全面、扎實的專業(yè)知識，而且要善于與不同學(xué)科的隊友進行合作，要有團隊協(xié)作精神。一般來說，每個參賽隊都將隊員分為幾個小組，有負責(zé)系統(tǒng)決策的，有負責(zé)飛行控制的，有負責(zé)數(shù)據(jù)通信的，有負責(zé)圖像識別的等等。舉例而言，獲得此次大賽固定翼組冠軍的西安交通大學(xué)空中機器人隊分工很細，但每個小組在解決自己負責(zé)部分的任務(wù)和功能實現(xiàn)時，還會考慮整個系統(tǒng)互連的便捷和可靠性等，這就極大地鍛煉了他們的團結(jié)協(xié)作能力。值得一提的是，此次榮獲固定翼組亞軍的北京航空航天大學(xué)“巡天”隊，由一名博士生帶領(lǐng)六名本科生完成，非常難得。與許多參賽隊相比，他們的飛行器從硬件到軟件，大部分都是自主開發(fā)完成的，并且實現(xiàn)了自主飛行，體現(xiàn)了較高的水準。幾名本科同學(xué)平時的課程學(xué)習(xí)任務(wù)非常繁重，他們利用假期和課余時間制作高水平參賽飛行器，不僅激發(fā)了他們刻苦學(xué)習(xí)的勁頭，促進了書本知識的掌握，還極大地培養(yǎng)了他們的團隊精神和集體榮譽感，鍛煉了承受失敗和挫折的能力。參與比賽，對同學(xué)們的實踐創(chuàng)新能力是一種鍛煉，也是一次檢驗的機會。我們舉辦大賽的宗旨在于培養(yǎng)人，也在于借此機會檢驗各單位所培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

三、發(fā)展大賽推動實踐創(chuàng)新教育

    中國空中機器人大賽的舉辦為廣大教育工作者和學(xué)生提供了一個較量的大平臺，一個交流、協(xié)作的大平臺，一個提高學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)國家科研優(yōu)秀后備力量的大平臺。首次大賽表明，通過比賽，可以激發(fā)同學(xué)們從事科研的興趣，培養(yǎng)同學(xué)們刻苦鉆研、實事求是、探索創(chuàng)新的精神，還有利于他們樹立為國家大事業(yè)獻身奮斗的志向。
    此次參賽的不少參賽隊員，通過準備、參加比賽，體會到了自己認知和能力上的不足，明確了自己努力奮斗的方向，堅定了從事科學(xué)研究的信念。在交流中我們發(fā)現(xiàn)，有不少本科生和碩士生表明態(tài)度，希望進一步深造，通過參加空中機器人大賽從各方面對自己進行鍛煉，這正符合我們培養(yǎng)一流拔尖人才的目標。
    航空航天和自動化領(lǐng)域是關(guān)系到國家未來發(fā)展的重要領(lǐng)域，需要有一支專業(yè)知識拔尖、綜合素質(zhì)過硬的隊伍，因此培養(yǎng)高層次的拔尖專業(yè)人才，為國家輸送一批將來的學(xué)術(shù)帶頭人和專業(yè)骨干是高校和研究院所義不容辭的責(zé)任，也是歷史賦予科技界和教育界的責(zé)無旁貸的重任。中國空中機器人大賽對于加強實踐教育、促進多學(xué)科融合、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的推動非常明顯，其意義重大而深遠。

四、總結(jié)大賽展望實踐創(chuàng)新應(yīng)用

    首屆中國空中機器人大賽在社會各界的關(guān)注和支持下順利落幕了，這次大賽只是一個起點，通過交流和競爭，代表各學(xué)校的各參賽隊今后將在更高的水平上進行切磋。
    這次大賽給我們加強實踐教育、培養(yǎng)創(chuàng)新人才，探索新時期的人才培養(yǎng)模式帶來了一些啟示。
    1 空中機器人作為一個系統(tǒng)工程，融合了多學(xué)科的知識，其輻射面廣、影響力大，對不同專業(yè)的學(xué)生都有積極的帶動作用，能夠充分激發(fā)起廣大同學(xué)的興趣和熱情，積極投身其中。
    2 空中機器人是一項科技含量高，對理論知識和實踐操作要求均較高的科技項目。在設(shè)計和制造過程中，需要將多學(xué)科的理論知識與工程實踐緊密地結(jié)合起來，在鍛煉學(xué)生工程實踐能力的同時可以進一步鞏固專業(yè)知識的掌握，能夠培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研、持之以恒的科學(xué)精神，磨練學(xué)生的意志品質(zhì)，增強團隊協(xié)作精神，提高學(xué)生的綜合能力；
    3 空中機器人是航空航天科學(xué)與智能控制技術(shù)滲透交叉的新領(lǐng)域，對機械、電子、計算機、自動化、空氣動力學(xué)等多學(xué)科具有積極的推動作用。鼓勵學(xué)生積極的投身其中，有利于培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新，積極進取的精神；
    4 參加空中機器人大賽涉及多個學(xué)科，需要眾多成員，也需要較大的投入。從首屆大賽的結(jié)果來看，做好了組織工作、學(xué)校支持力度大的參賽隊能取得比較好的成績。
    中國空中機器人大賽今后將每年舉辦一屆，并逐步與國際接軌。組委會目前正在積極考慮推動組織、規(guī)則等方面的完善，并選拔中國代表隊參加國際比賽。
    由于空中機器人在技術(shù)上具有創(chuàng)新性、前瞻性、多學(xué)科綜合性和極大的潛在實用性，因此它必將受到各方關(guān)注，在多個領(lǐng)域?qū)@得應(yīng)用，如反恐偵察、森林防火、大壩檢測等民用領(lǐng)域。許多技術(shù)經(jīng)過改進，更是可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，并且將極大地促進相關(guān)產(chǎn)品的國產(chǎn)化、低成本化，舉例如飛行控制系統(tǒng)、慣性組件等。這些產(chǎn)品在之前較為依賴進口產(chǎn)品，高校研究人員和學(xué)生們利用空中機器人這一平臺，對相關(guān)技術(shù)進行探索和實踐，可以為技術(shù)應(yīng)用做好前期準備。我們有充分的理由相信，這一賽事將對我國航空航天科技發(fā)展產(chǎn)生一定的推動作用，為實踐創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用做好準備工作！