李新德:建造梦想中的未来机器人
作为中国机器人领域最杰出的青年专家之一，他深耕机器人研究和教学十余年，亲身参与和见证了机器人技术在中国从萌芽、培育、发展到广泛应用的全过程。
他就是李新德，机器人领域坚定的探索者和纯粹的科学家。
他说，科研不仅是在前人的基础上精耕细作，更是对未知领域的勇敢探索。对于未来的机器人世界，我们需要不断突破，大胆创新。
“有一种护理机器人，可以用于老年人护理等护理服务应用场景。”
“有一种智能焊接机器人，可以进行自动焊接，大大降低了劳动强度，节省了劳动力。”
“有一种两栖机器人，其设计理念是将多足和扑翼结合起来，实现陆地和空中使用。”
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东南大学自动化学院的李新德教授平时沉默寡言。但是，只要一谈到人工智能或者机器人，他就像一个“话匣子”，仿佛变了一个人，有各种奇思妙想。在他的实验室里，上面提到的各种机器人和系统正在紧锣密鼓地设计。
不久前，他作为重要成员参与了“移动医疗服务机器人复杂定位与导航控制关键技术及应用”课题，获得中国自动化学会科技进步一等奖。这个项目是针对国家发展的重大需求，特别是重大的抗疫需求。围绕移动服务机器人复杂环境感知、自主规划定位、智能导航控制三大关键技术问题，以产学研相结合的方式开展移动服务机器人关键技术研究。这些领域的研究正是李新德的“专长”。2020年新冠肺炎疫情防控期间，利用该核心技术研发的自主医疗服务机器人将在医院、养老院、康复中心、社区等场所执行消毒任务，大大减轻医务人员的工作量，降低交叉感染的风险，保障疫情防控期间人民群众的正常生活，取得极高的社会效益和经济效益。
事实上，在过去的十年里，李新德承担了20多项国家级和省级科研项目，授权了17项国家发明专利和5项软件著作权，取得了可观的成果和奖项。然而，与科学研究带来的各种荣誉相比，李新德更关注自己挑战的难度。近年来，他致力于解决前沿、世界级的专业难题，废寝忘食，夜以继日，即使遇到瓶颈也绝不让他放弃。
李新德来自烟台的一个小村庄。在那个年代，一个农村孩子要想改变自己的人生轨迹，只有一条路，读书。高二的时候，他参加了文科班。他升入高三后，觉得对文科不感兴趣，转到了理科班。这是一个极其冒险的选择，因为文科和理科的学习内容非常不同。为了顺利跨越高考这座“独木桥”，李新德利用一切可利用的时间恶补理科课程，同时跟着老师的步伐冲刺复习。最终，他通过自己的努力，顺利考上了沈阳化工学院化工设备与机械专业。可以看出，李新德是一个不愿意按部就班的人，而且具有很强的挑战精神。这种品质为他在学术研究中不断挑战自我，取得一个又一个成功奠定了良好的基础。
大学期间，为了节省生活费，李新德一天只吃两顿饭。即使缺乏物质条件，也不影响他学习知识的决心。由于学习成绩和表现突出，毕业时被评为校级优秀毕业生。毕业后，为了减轻父母的经济压力，懂事的李新德没有选择继续深造，而是在济南一家盈利企业做了三年的技术员。
在家乡的亲戚朋友眼里，这份工作是令人羡慕的稳定的“铁饭碗”，但李新德仍不满足。他对自己有更高的要求，对未来有更大的愿景。他决定申请硕士学位。当时工作单位不支持在职人员考研。他只在白天上班，晚上下班后就登上他的破自行车，一路飞到暨南大学上晚自习，晚饭都没吃。当时济南郊区的道路坑坑洼洼，有一段路没有路灯。有一次，为了节省复习时间，李新德骑自行车骑得太快，不小心掉进了井盖松动的井盖里，身体多处受伤，脸上磨掉了一大块皮。
生活的艰辛没有阻挡李新德的脚步，却磨砺了他的心灵，雕琢出一块粗糙的玉石来发光。功夫不负有心人，最终他考上了山东大学机械设计与理论硕士。在山东大学深造的几年间，他以扎实的理论功底和百折不挠的学习态度，得到了机械振动领域知名人士宋教授的青睐，被选为其弟子。在宋教授的教诲和潜移默化的影响下，的见识和见识增长了不少，在学习上也取得了丰硕的科研成果，获得了山东大学的最高奖学金“校长奖学金”。
从年轻时的奇思妙想到成年后的兴趣爱好，人工智能和机器人一直是李新德执着的梦想。进入21世纪后，中国人工智能从迷雾重重的起步阶段，走向了禁锢的突破。当时，李新德凭借其远见卓识，敏锐地捕捉到人工智能将是未来一二十年的终极技术领域。于是，他下定决心报考华中科技大学控制科学与工程系，顺利成为黄教授的博士生。这一年，他28岁。在李新德的骨子里，他继承了山东人的坦诚和坚韧，他不想多谈工作的辛苦，因为在他看来，能参与到这样一个人工智能飞速发展的宏大洪流中，为国家贡献自己微薄的力量，是人生的一次机遇。
其导师黄教授曾担任原“863”国家智能机器人专题专家组成员，一直奋斗在人工智能研究的第一线，经常参加国内外学术交流。在老师的示范下，李新德得到了很多锻炼的机会，这让他对人工智能和自动化更感兴趣，也做了更深刻细致的科研工作。当然，困难总是存在的。首先是跨专业带来的知识差距。自动化和人工智能专业和机械专业差别很大，需要补的课很多。此外，黄教授是业内著名的严师。如果达不到他的学业要求，他绝对不会给任何通融。
经过深思熟虑，李新德认为他能坚持下去的唯一办法就是加倍努力。他选择了最“笨”的方式，比如坚持每天早上尽量早到实验室，晚上最晚离开，这样在实验室的研究时间至少可以达到12小时；业余时间，他几乎把所有的时间都花在了图书馆看资料上，搜索了几乎所有关于人工智能的资料。正是依靠这样一个两部的参考文献和一本两部的专业书，滴水汇成海，逐渐积累了自己在这个领域的独特认知。他每天都与导师和同门弟子讨论自动化和机器人学的问题，虚心求教，无时无刻不在思考自己的学科进展如何。
李新德始终处于人工智能的前沿，机会总是青睐有准备的人。一次偶然的机会，李新德读到了刚出炉的《似是而非的理论》(DSmT)，深深地被它迷住了，并试图深入研究它。他结识了法国科学家Jean Dezert和美国的Florentine Smarandache教授，悖论理论(DSmT)的创始人和国际知名的信息融合专家。经过长期的交流和讨论，李新德与他们结下了深厚的友谊。其中让·德泽特两次受邀访问东南大学，佛罗伦萨人斯马兰达什也因李新德对似是而非的理论的特殊贡献，以单位名义授予他国际科学贡献证书。
李新德“贴着硬墙打暗战”的笨办法，让他不知不觉成为导师团队里研究成果最好的学生之一。一般来说，完成他的博士学业需要5 6年。他四年才毕业，毕业时还获得了华中科技大学的最高奖学金——“罗克韦尔奖学金”。由于他在专业研究方面的出色表现，国内多所知名高校都向他抛出了橄榄枝。面对“乱花渐欲迷人眼”的选择，李新德有自己的见解，他最终选择了百年学府东南大学。
“东南大学是一所百年大学，有‘学术圣地’的美誉。是国内最早开设自动化专业的院系之一，也是国内最早开展机器人研究的高校之一。对于人工智能的建设有着坚实的基础和强大的实力。我觉得这个平台很适合我！”事实证明，李新德再次做出了正确的选择。
长期以来，机器人一直是人工智能的一个重要研究领域。自20世纪50年代第一台机器人发明以来，60多年来，科学家们一直在努力研究各种能够模仿人类和生物运动的机器人，机器人技术不断得到提高。过去科幻作品中很多关于机器人的想象都逐渐变成了现实。
但是，不得不承认，机器人还没有脱离自动化机器的范畴。人和机器人还是定义为使用和被使用，替代和被替代的关系，机器人更多的是作为一种功能替代工具出现。机器人在设计过程中很少考虑与人在同一空间的密切协调与合作，使得本质安全、人机协同认知、行为互助等基础问题没有得到很好的解决，灵活性和智能决策能力仍然不足。
融合、合作、* *享受、* *治理是未来智能社会的显著特征。随着人工智能技术的快速发展，智能机器人逐渐进入人类生活，并努力成为不可或缺的一员。在社区，医院，疗养院，工厂...人们期望机器人具有多种角色，在不同的场景下执行跨领域的任务。但机器人要想实现智能任务，与人类无缝交流，和谐交融，还需要在对环境的感知、理解和交互能力上有革命性的突破。
李新德总结道，目前智能机器人在地点感知和理解方面面临三个主要问题，即缺乏对高复杂度地点多源信息的整合和利用，缺乏识别地点的有效线索以及感知过程中缺乏语义可解释性，导致当前方法识别率低，难以融入智能任务。为了克服上述缺点，有效地拓展和延伸人类的能力，机器人未来的发展方向——* * *融合机器人应运而生，但要想实现* * *融合的目标，还需要机器人技术的多层次创新。
所谓“* * *融合机器人”是指能够与工作环境、人和其他机器人进行自然交互，自主适应复杂动态环境并进行协作的机器人。
李新德强调，“* * *一体化”包含三层含义:第一层是机器人与环境的自然互动。传统机器人工作在特定区域，目标简单，对象单一，但在实际生产生活中很难有如此纯净的环境。让机器人走出车间，走进山野雪地，走进繁忙的街道，甚至让机器人和人在动态的环境中协同工作，这是机器人的第一个目标。
二是机器人之间的互助互补。两个人可以举起更重的物体，三人一组的F1赛车服务人员可以在两秒内换一个轮胎。复杂的医疗手术需要许多医生和护士的合作。机器人如何通过多人合作实现单个能力的突破？这是* * *一体化机器人发展的第二个目标，实现机器人之间的合作互补，通过合作提升机器人的整体功能和性能。
三是机器人与人的协同工作。与人合作，不仅仅是听人的指令，还要有自己的“判断”和“想法”。人是复杂的、动态的，与人的合作是对机器人更高的要求。这时的机器人不再是被动的等待人类的协助，不再是盲目的依赖人类的编程，而是应该能够主动感知和解决各种问题。这就要求机器人能够感知自己所处的环境，从而判断自己应该执行什么任务。另一方面，在人机一体化时代，为了让机器人和人类进行无缝交流，自然语言交互中目标语义和地点语义的表达非常普遍。当机器人/无人系统基于这些概念面向交互和工作时，很难理解和感知这些语义概念。“比如去病房照看病人，去厨房烧水，机器人不仅要能执行照看、烧水等具体动作或任务，还要能分析出病房、厨房指的是什么样的地方。李新德说，因此，智能机器人对场所的感知，以及对场所的进一步理解，对智能任务的分解和人机的良好互动起着辅助作用。
人类之所以能适应各种环境，与他们对不同环境的敏锐感知是分不开的。* * *融合机器人也需要这种多样的感知。“值得注意的是，多元化传感不是增加几个传感器那么简单，还有信号传输、运算、识别等多项工作要做。很多情况下，要识别外界环境和他人的意图，需要多种模态信号的融合，这就需要机器人实时感知、理解甚至学习。”李新德特别强调。
在国家自然科学基金重大研究项目的支持下，李新德带领团队努力工作，提出了多模态融合的统一深度神经网络。从位置语义的“原型”聚类、语义地图关联推理和多模态融合交互关联推理等角度，对机器人的位置感知和理解算法以及机器人自主运动控制进行了深入研究。针对如何增强场所感知过程的语义可解释性，从自然语言描述的角度，提出语义线索下的场所概念定义，并研究相应的识别方法。针对复杂环境信息下的地点语义理解和识别，从模拟人类对地点认知过程的角度，研究并提出了一种基于图像与其自然语言表示相结合的方法，并对相关的图像描述生成技术和多模态融合技术进行了研究。从场所理解框架的角度，研究并提出了一种基于知识地图推理的场所识别与理解框架，给出了场所领域知识地图的构建方法和推理模型。基于此，广东珠江人才创新团队项目“多任务场景跨领域无人系统关键技术研发及产业化应用”成功申报并获批。
李新德对这一项目的深入研究，为进一步开展人机交互、服务策略、任务级规划、自主运行等与场地相关的任务，为智能机器人顺利进入人类家庭和日常生活，与人类无缝沟通、和谐相处奠定了坚实的基础。
目前世界各强国都在围绕人工智能核心技术进行博弈。谁跑得快，谁就能先抢占制高点。单从这个角度来说，人工智能的研究意义重大，关系到我国建设创新型国家和世界科技强国的战略部署。
近年来，我国把机器人和智能制造列入国家科技创新的优先领域，下大力气谋划，扎实推进。
李新德渴望接受艰难的挑战，同时他能冷静地分析形势。在他看来，在人工智能和机器人领域，与国外同行相比，中国的学科确实起步较晚，但随着经济的发展，国家在资金的投入和关注度上有了显著提高，有赶超的趋势，与国际的差距在缩小。
这些年来，李新德为了把自己所有的知识扎根在祖国的土壤里，为了让人工智能和机器人技术能够在中华大地上蓬勃发展，付出了自己所有的努力和心血。李新德经常觉得:“科技工作者需要有社会责任感。他们要带着利国利民的情怀做一些研发和实验，做出一流的成果，解决一些国家重大项目的实际问题，提高老百姓的生活水平。是科技工作者梦寐以求的！”
作为机器人学的探索者和实践者，李新德是这么说的，也是这么做的。在很多关系国计民生的领域，他的智慧和努力正在发挥作用。
-面向智能制造和现代物流，如无序分拣、智能焊接、动态装配等机器人应用领域，机器人要求对工作现场和工件形状、姿态等进行动态、高精度的三维测量。，这对结构光传感器提出了新的挑战，要求其精度高、体积小、速度快、环境适应能力强、抗干扰能力强。过去智能焊接的设备系统完全被国外垄断，几十万、几十万元的高昂成本严重阻碍了行业的发展。然而，在江苏省重点科技成果转化项目——“焊接机器人成套设备”的支持下，李新德团队自主研发了一套结构光视觉传感器和焊缝跟踪系统，打破了国外高价跟踪设备市场的垄断，创造了巨大的社会效益和经济效益。在江苏省R&D计划重点项目——“基于MEMS芯片的高精度结构光动态测量系统关键技术及应用”的支持下，李新德团队首创并开启了3D立体视觉动态感知的新时代。
-在保健服务领域，据世卫组织称，世界上有4亿精神病患者。精神疾病已经成为21世纪的重要疾病，抑郁症现在是导致人们丧失活动能力的第五大原因。然而，令人欣慰的是，早期抑郁症患者的日常动作和行为能够很好地反映其症状，使得机器视觉监测和分析其行为成为可能。因此，李新德团队利用非接触视觉感知和深度学习技术，对人的行为、情绪和精神状态进行智能分析，从而对人的精神状态进行估计。这项研究得到了国家重点项目的支持。该研究成果针对智能监控场景，利用布设在智能环境中或机器人上的摄像头，获取人体在自然状态下(交互/非交互)的非接触信息，结合先验知识和对场景/场所的理解，然后通过融合表情、微表情、眼动、步态等多模态信息，甚至通过融合人物在交互过程中的注视和交互行为，分析情绪和抑郁状态，为抑郁技术的应用开创了先河。研究结果也为服务机器人通过对服务对象的在线状态分析提供高质量的服务奠定了坚实的基础。
——在国防安全领域，李新德与多家科研院所开展了深入合作，承担了一批国防预研项目。在小目标检测、识别与跟踪、个体异常行为检测、群体异常行为检测、暴力行为检测、多机协作、群体智能、空地跨域协同作战等方面取得了丰富的研究成果，在国家边防、巷战、侦察突击、安防等应用领域具有广阔的应用前景。
人工智能不仅在加速发展，也在升级。是引领未来的战略技术。世界各国已经意识到未来将是各国竞争的关键舞台，并把发展人工智能作为提升国家竞争力、维护国家安全的重大战略。
庞大的人口和完整的产业结构为中国提供了创造海量数据的潜力和广阔的市场。但中国还需要做很多基础工作，比如更开放的数据环境，训练有素的科学人才。尤其是在人才方面的持续努力将成为决定性因素。
“谁拥有一流的创新人才和一流的科学家，谁就在科技创新中占有优势。”李新德自然明白团队实力和人才梯队建设的重要性。事实上，从2007年接受东南大学邀请开始，他已经在这片沃土上扎根了十几年。他不仅从事科学研究，还肩负着培养人才的重任。
在李新德心中，他和学生的关系不仅仅是师生，更是朋友，更是未来中国自动化研究领域引领世界的队友。对待团队成员，李新德表现出他独特的亲和力和坦率。他更喜欢听到学生们叫他“老李”，而不是“李老师”或“李教授”。
李新德常说，每个学生都是独一无二的。"永远不要低估你的学生，他们都有能力。"这是李新德经常谈到的一句话。他会根据学生的性格和特点，因材施教，时刻挖掘学生的潜力。
“最重要的不是你的学习能力，而是你分析问题和解决问题的能力，以及你的创新能力。”李新德反复告诫团队成员，“你们未来的竞争对手不是人，而是机器。你告诉它学习，它比你快；你比它更勤劳，它比你更勤劳。那么你跟它PK什么呢？必须是创新能力。你必须有前瞻性的眼光，不要只盯着眼前的土地。”
为了开阔学生的视野，增长见识，李新德会给他们提供很多参加各种会议、交流、讲座的机会，让他们锻炼身体，鼓励他们如果有机会到国内外学习交流，就要勇敢走出去，呼吸更多的“新鲜空气”。
“出国交流是开阔眼界的好事，也是年轻人成长中非常重要的一部分，会让他们的思维更加活跃。”当时，李新德以访问学者和博士后的身份访问了佐治亚理工学院和新加坡国立大学，从中结识了美国机器人之父、《时代》周刊最佳发明奖获得者、著名机器人专家唐纳德·阿金教授和新加坡工程院院士葛树志教授。
“他们都是有大智慧的人，尤其是葛先生。我们的聊天不仅限于学术方面，还涉及人生哲学。和站得高看得远的人交流，会给我很多启发。”李新德叹了口气。
从单枪匹马，一穷二白，到日益庞大强大的马庄，李新德带领着这支快速成长的团队步入科研高速公路。李新德团队的管理模式非常开放。虽然是团队的“一把手”，但他从来不什么都讲。而是他成立一个管理工作委员会，根据不同的项目，不同的方向分成几个小组，所有的大事小事都通过委员会决定。李新德的知识和人格得到了团队成员的一致认可和尊重。在他的带领下，一支凝聚力和战斗力极强的机器人自动化铁军诞生了。2019年，李新德指导的研究生团队首次出征，获得中国航空学会目标探测与识别挑战赛特等奖。
“去年的疫情对我们影响很大。我们计划完成六个项目。由于上半年学校停课，我们基本都是在网上讨论项目实施中的各种问题。”李新德回忆起去年的情景仍然惊心动魄。“但关键时刻，团队展现了战斗力，努力克服各种困难，最终按时高质量完成了任务！”李新德的话透露出他对该队的自豪。在他的带领下，这样一个具有探索热情、创新精神和国际视野的团队，在科研的道路上一步一个脚印的扎实前进，取得了不俗的成绩。
然而，李新德并不满足于所取得的成就。“一方面，在科学研究中，我们要解决一个具体的问题，必须鼓励团队的交叉融合，需要勇于做我们没有做过的事情，攀登科学的高峰，引领科技发展的潮流；另一方面，在工程应用上，要理论联系实际，注重产学研成果的转化应用。这时候就要突破自身能力的界限，去学习，去和掌握了新知识的人交流合作。”在他看来，只有这样，科研人员本身，甚至一个团队，才能越来越强大。
对于日新月异的人工智能和机器人技术的未来发展，众说纷纭。“其实是没有办法准确预测的。”李新德改变了话题。“科研不是写剧本，而是对未知世界的勇敢探索。也许会成功，也许会失败。科研人员的乐趣不就是在探索的过程中吗？”
东南大学教授、博士生导师李新德，中国人工智能学会智能机器人专业委员会副理事长，中国人工智能学会智能产品与产业工作委员会副理事长。长期致力于机器视觉、机器感知、智能机器人、人机交互、无人系统等。，先后入选江苏蓝色工程人才培养计划、江苏六峰人才培养计划、东南大学国家杰青培养计划、江苏省重点R&D计划、重点项目首席科学家、广东珠江人才创新团队、江苏大学优秀创新团队等。