水下机器人“队长”：不懈五载终夺金 打破美国加拿大垄断冠军20年
团队队员在测试水下机器人。
大洋网讯 今年夏天，一群中国的少年在美国圣迭戈举行的第21届国际水下机器人大赛（RoboSub）中大放异彩。他们打破了这项赛事美国与加拿大二十年对冠军的垄断，让中国成为继美、加之后，成为第三个获得冠军的国家。
这群少年来自哈尔滨工程大学的最大学生社团E唯协会。从社团成员到世界赛事的顶级秀场，周瀚文完成了飞跃。近日，广州日报记者连线采访了该协会水下机器人项目的队长周瀚文，探索获奖背后的故事。
成功来之不易，在短暂的喜悦后，周瀚文很快就恢复了平静。
“我没有特别高兴，就是拿到冠军以后高兴了一小会儿。”如今在读研二的周瀚文说，获胜仅仅是人生当中一件小心愿的达成。
迷茫时接触“水下机器人”
2013年，周瀚文在大一时加入协会。入会后的周涵文快速地融入社团，学习基本的电路、编程知识和基本软件的操作。
大一的这一年，周瀚文就觉得收获满满，入了门，扎实了基础。但到了大二，许多会员渐渐淡出，不再参加社团活动，同期的会员里只有周瀚文一人还坚持去实验室。“那段时间里实验室几乎没有人，我也挺沮丧、挺迷茫的。”
正是在这一年，他开始接触水下机器人项目。
这个项目的基本目标是通过精准的算法设计，让机器人在水下能够完成各种各样的赌博游戏来展示它的自主性，设计者并不参与水下过程。算法的精确度越高，机器人的自主性越高。
而在水下机器人的众多比赛中，国际水下机器人大赛（RoboSub）是业界公认的该领域最高级别赛事，被誉为这个领域的“世界杯”。从1998年第一届比赛至今，已经举办了21届。历届参赛队伍都来自世界顶级高校，如麻省理工、哥伦比亚大学、东京大学、多伦多大学等。从2011年起，周瀚文所在的哈尔滨工程大学每年都会参加这项赛事。
大三后，周瀚文和其他坚持下来的队友成为协会的核心成员。他也开始担任水下机器人项目的队长，和队友带着开发的机器人代表学校参加各种比赛。赛后，团队会不断修正机器人的算法，以提高精确率。队员来自不同专业，不同年级，训练时间难统一，但“只要不用上课，大家都会马上来实验室”。
几年下来，周瀚文带领的团队斩获了一些国内外比赛奖牌，但他们终极的目标仍然是每年一度的国际水下机器人大赛。
“起早贪黑”备赛一年
在2017年的国际水下机器人大赛中，46支代表队参与角逐，周瀚文带领的哈尔滨工程大学团队最终获得全球第四名。但这距离周瀚文和他队友的终极夺冠目标还差得远。新一轮的备赛从这个起点再度开始。
周瀚文介绍，水下机器人要注意密封性、机械的重量平衡以及在水下运动的能力。为此，他们采用了外部碳纤维材料，轻薄强度大，能很好地控制平衡。而设计整个系统让它能够自主运动的关键性技术在于导航以及各种识别技术。
周瀚文和队友几乎每夜都睡在实验室。他们针对大赛规则，设计出不同的机器人比赛方案，不断调试甄选出最佳算法。“除了上课就待在实验室，起早贪黑是常事。有时甚至熬夜调试机器人。”
队员之间曾就机器人的设计方案产生分歧，周瀚文在综合大家的意见后测试选出了最优方案。“方案里的算法越精准，机器人的定位感就越准确。”他们采用了基于双目立体视觉的定位和视觉里程计算法，使视觉伺服系统更稳定可靠。考虑到机器人面临的水下环境和比赛现场的略有不同，周瀚文和队友也会带着机器人去周边的各大游泳场馆进行测试。
“为了不影响机器人的性能，我们凑钱多买了两个行李额，让机器人的运输空间尽可能宽敞。”入住宾馆后，三四个人和机器挤一个房间，一行13人只订了4个房间。
到达美国圣地亚哥比赛场地，团队现场组装完机器人时，发现多普勒计程仪和声呐系统出了问题。“只好用简单的排除法，把有可能出现的问题都写下来，逐条分析、排除问题。排除不了的，就去赛方指定的游泳池去测试。”
20分钟完成6大水下项目
本届国际水下机器人比赛的主题为“水下赌城”，分为资格赛、半决赛和决赛。比赛时间持续6天，共有7支队伍进入决赛，角逐水下的6个项目：过大门、撞球、听声浮圈、抓球、投球和发射鱼雷击中目标，需要在20分钟内全部完成。
8月6日上午，所有队伍一起对战。尽管相比国外战队，哈工程团队的硬件不是最新的，但在外部稳定性上更胜一筹。
比赛场地是90米长、60米宽的消声水池，团队按预约的方式调试顺序。由于美国圣地亚哥紫外线比哈尔滨强烈，水池更大更深，光强和逆光会影响机器人视觉，只有5米的能见度。“机器人跑的时候我们会很紧张，但它是自主的，我们做不了什么。”
“最困难的是水下投标进洞项目。”赛前，30多支队伍预约15个场地调试，哈工程团队凌晨4时起床去往比赛场地排队，每天测试3~4次，对声呐和图像识别系统以及投放偏差进行纠正。“但后期时间紧张，训练次数少，能不能成功也不一定。”
决赛当天，就在夺冠在望之际，由于机器的多普勒导航系统有些不稳定，机器人运行在这一项上出现了误差。“漏斗直径挺大的，但四个球都没有投到漏斗里。”周瀚文谈起来仍有些失落，“这一项1600分，没投进去至少损失一半分”。
这让本来稳赢的哈工程给了紧随其后的新加坡国立大学一次追赶的机会，也让比赛留有了悬念。队长周瀚文及时稳定军心：“所有项目都有一定的分数值。如果没有完成动作，但是过程完整，还是会有过程分的。比赛就是所有过程分的叠加。”最终，哈工程拿下12000分，比第二名高出了1000多分。
周瀚文（左二）与团队获奖后合影。
将继续深耕这项自主技术
决赛完没有马上公布成绩，而是在当天的晚宴上宣布。20分钟屏气凝神的比赛过后，团队仅仅获知稳进前三名。当他们听到主持人宣布到第二名的时候，周瀚文和团队的喝彩声甚至盖过了第二名，“确定是冠军了！”
过去，该比赛一直被美国和加拿大占据冠军。近几年，越来越多的团队记住了这些中国面孔。周瀚文回想起颁奖典礼上国旗升起的激动时刻，“其他参赛队看到我们的比赛表现，全场都在议论Harbin、China，内心特别振奋，从来没想过个人会与国家荣誉联系得这么紧密。”
周瀚文说，这次比赛融合了大热的机器学习算法，将人工智能融合进了水下机器人项目。“识别更精准，加上良好的人才基础，本次比赛我们势在必得。我们在这项技术上终于做到了国际上最强！”
“深海世界很大，人类当前的认识还很有限。考虑到安全问题，目前水下世界探索还在基础阶段。”团队夺冠后，周瀚文开始考虑未来的发展方向。“希望从事有关水下机器人的工作，让水下机器人真正应用到实际生活中，像资源勘探、水下安防、养殖观测等领域。”
周瀚文计划创立水下机器人公司，目前获得了300万天使轮融资。他将带领团队继续深耕这项自主技术，在更大的国际赛场“亮相”。
文/广报全媒体记者罗嘉妮、杨逸男 图/受访者提供
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