為無人機(jī)教育裝上騰飛“引擎”

近年來，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，以大疆為代表的無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)及應(yīng)用企業(yè)，推動(dòng)無人機(jī)應(yīng)用到救災(zāi)、農(nóng)業(yè)、物流等各行業(yè)，掀起了一股無人機(jī)熱。然而，與產(chǎn)業(yè)界的熱火朝天相比，盡管已有不少高校開設(shè)了無人機(jī)專業(yè)，但是無人機(jī)教育仍處于起步階段，教材、教具和教師缺乏，學(xué)校培養(yǎng)的人才無法滿足市場(chǎng)需求，尤其是既懂動(dòng)力系統(tǒng)、硬件設(shè)計(jì)，又懂軟件算法、調(diào)試控制的全棧式復(fù)合型人才，市場(chǎng)上奇缺。

作為北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院自控系副教授、可靠飛行控制研究組負(fù)責(zé)人，全權(quán)自2010年以來深耕多旋翼無人機(jī)研究和教育領(lǐng)域，撰寫了第一本多旋翼飛行器的理論入門書，廣泛應(yīng)用于中國及歐美大學(xué)課堂，出版并研發(fā)了多旋翼無人機(jī)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教材及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，解決了無人機(jī)教學(xué)面臨的開發(fā)難題，受到從事無人機(jī)科研、教育、學(xué)習(xí)及應(yīng)用的群體歡迎，為我國無人機(jī)專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)裝備增添了強(qiáng)力引擎。

    撰寫第一本多旋翼無人機(jī)教材，全球下載4.3萬次

全權(quán)2010年博士畢業(yè)后留校工作，致力于無人機(jī)專業(yè)研究和教育已有10年時(shí)間，親歷無人機(jī)產(chǎn)業(yè)爆炸式發(fā)展，但也苦惱于多旋翼無人機(jī)教材、教具及課程的匱乏，已經(jīng)嚴(yán)重影響到學(xué)生培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)科研工作。

“無人機(jī)火起來之后，為了指導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)無人機(jī)知識(shí)，提高團(tuán)隊(duì)科研效率，我在全世界尋找多旋翼飛行器的系統(tǒng)性書籍，但是都沒有找到?！比珯?quán)說，他動(dòng)了自己動(dòng)手撰寫世界上第一本多旋翼飛行器設(shè)計(jì)與控制教科書的念頭。

于是，全權(quán)全身心投入到教材研究撰寫過程中，多旋翼飛行器的設(shè)計(jì)與控制非常復(fù)雜，不僅涉及力學(xué)、電子工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等多學(xué)科多專業(yè)，而且要以多旋翼飛行器為對(duì)象，將相關(guān)學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通、有機(jī)串聯(lián)整合起來，教材編寫難度大，對(duì)全權(quán)提出了很大挑戰(zhàn)?！皬?015年到2017年，近3年時(shí)間，我一邊學(xué)習(xí)一邊輸出，一邊編寫教材一邊授課教學(xué)，惡補(bǔ)了很多其他學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，終于把教材撰寫出來了?！比珯?quán)說。

2017年，世界上第一本多旋翼飛行器設(shè)計(jì)與控制教材英文版本由施普林格出版社出版，描繪出一幅完整的多旋翼飛行器系統(tǒng)的概貌圖，涵蓋了多旋翼飛行器的設(shè)計(jì)、建模、感知、控制和決策等各個(gè)方面。

《連線》雜志前任主編克里斯·安德森評(píng)價(jià)稱：“這是一本多旋翼飛行器控制最佳入門的教科書。本書清晰和全面，涵蓋了從基本原理到高級(jí)技術(shù)的發(fā)展過程，這對(duì)任何希望學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)飛行機(jī)器人的人來說是一個(gè)必讀教材?！?/P>

    研發(fā)易用性高效率創(chuàng)意平臺(tái)，降低無人機(jī)教育門檻

無人機(jī)愛好者“鐵鋼”是某“雙一流”建設(shè)高校在讀博士生，有過多年的無人機(jī)飛行經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在在進(jìn)行無人機(jī)設(shè)計(jì)方面的研究。為了摸索無人機(jī)的設(shè)計(jì)和控制，他曾經(jīng)走了不少彎路。他表示：“無人機(jī)是一個(gè)橫跨控制、硬件、氣動(dòng)、飛行器設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科，學(xué)習(xí)難度很大，如果沒有系統(tǒng)、科學(xué)的指導(dǎo)，很難把無人機(jī)研究清楚?！?/P>

前不久，聽聞全權(quán)老師開設(shè)了多旋翼飛行器設(shè)計(jì)與實(shí)踐的網(wǎng)絡(luò)課程，“鐵鋼”又果斷報(bào)了名，課程干貨眾多、收獲滿滿，逐步掌握了多旋翼無人機(jī)設(shè)計(jì)和控制的諸多難點(diǎn)。

全權(quán)表示：“我們配套研發(fā)了可靠飛行仿真（RflySim）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用‘基于模型開發(fā)’流程，將多旋翼飛行器、自駕儀以及編程語言緊密聯(lián)系在一起，更有利于無人機(jī)全棧式工程師的培養(yǎng)?！?/P>

可靠飛行仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用，使得無人機(jī)的教育，從“舊時(shí)王謝堂前燕”，到如今真正“飛入尋常百姓家”，一下子降低了無人機(jī)教育的門檻。據(jù)了解，以往要將無人機(jī)設(shè)計(jì)和控制的研究設(shè)想應(yīng)用到實(shí)際飛行時(shí)，即使是實(shí)現(xiàn)一個(gè)很簡(jiǎn)單的算法，也需要花上三四周的時(shí)間，由于缺乏可視化、仿真軟件，大量時(shí)間浪費(fèi)在算法和軟硬件調(diào)試上面。全權(quán)將多旋翼飛行器譽(yù)為“控制實(shí)踐的試金石”。

他進(jìn)一步解釋說：“由于涉及復(fù)雜工程問題，多旋翼飛行器的設(shè)計(jì)與控制基本上覆蓋了工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的所有內(nèi)容，包括從問題分析到設(shè)計(jì)解決方案，從使用現(xiàn)代工具到利用創(chuàng)新鋰能解決社會(huì)問題，從學(xué)生的研究能力培養(yǎng)到合作能力與溝通能力的提升，等等。而可靠飛行仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了從理論到實(shí)踐，從研究到產(chǎn)業(yè)的無縫對(duì)接，有利于真正提升學(xué)生綜合能力，培養(yǎng)復(fù)合型全棧式工程人才?！?/P>

正是由于這樣開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，該平臺(tái)于2019年榮獲了第二屆全國高校自動(dòng)化專業(yè)青年教師實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)“創(chuàng)客大賽”兩個(gè)金獎(jiǎng)之一。北航向錦武院士稱贊：“《多旋翼飛行器設(shè)計(jì)與控制實(shí)踐》的系統(tǒng)化知識(shí)體系和先進(jìn)開發(fā)流程綜合，是對(duì)無人機(jī)控制領(lǐng)域一個(gè)及時(shí)和重要的貢獻(xiàn)?！?/P>

    線上線下累計(jì)授課上萬人次，為無人機(jī)騰飛儲(chǔ)備更多人才

從事無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)界人士耿學(xué)中表示：“無人機(jī)產(chǎn)業(yè)這幾年迅猛發(fā)展，但業(yè)界現(xiàn)在最缺的就是人才，人才培養(yǎng)的速度太慢，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的騰飛需要培養(yǎng)更多人才，全權(quán)教授研究的教材、課程和平臺(tái)，解決了人才培養(yǎng)的燃眉之急。”

據(jù)了解，全權(quán)除了在北航講授多旋翼飛行器設(shè)計(jì)與控制的相關(guān)課程之外，還積極利用大學(xué)MOOC愛課程、網(wǎng)易云課堂等在線教育平臺(tái)進(jìn)行授課，授課對(duì)象覆蓋全國其他高校師生、產(chǎn)業(yè)界工程師等，線上線下累計(jì)授課人數(shù)超過1萬人次，其中愛課程平臺(tái)開課3輪次，共有7884人次參加，網(wǎng)易云課堂596人次參加，深藍(lán)學(xué)院730人次參加，滿意度超過95%。

江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院副院長段納是控制理論聯(lián)系實(shí)踐的積極倡導(dǎo)者，她對(duì)多旋翼飛行器設(shè)計(jì)與控制課程非常認(rèn)可。該院已經(jīng)組織3批次師生參加全權(quán)團(tuán)隊(duì)組織的線上線下課程。段納院長表示，該課程和平臺(tái)非常實(shí)用，解決了他們?cè)跓o人機(jī)研究和教學(xué)過程中的調(diào)試、仿真、實(shí)飛等難題。近年來，全權(quán)團(tuán)隊(duì)利用課程和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加強(qiáng)科學(xué)研究和學(xué)生培養(yǎng)，先后榮獲多次獎(jiǎng)項(xiàng)，發(fā)表核心期刊論文多篇。

“有了教材和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，上完課以后，學(xué)生們能夠?qū)⒁恍﹦?chuàng)意和創(chuàng)新真正落到實(shí)處?！比珯?quán)說，“我們非常鼓勵(lì)學(xué)生們提出有創(chuàng)意的想法，例如利用多旋翼飛行器進(jìn)行滅火，指導(dǎo)小學(xué)生們利用多旋翼飛行器編舞等?！?/P>

《中國教育報(bào)》2020年08月15日第3版