自由翱翔，放飛理想——2004中國空中機器人大賽
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創(chuàng )新是一個(gè)民族的靈魂，未來(lái)國家之間的競爭歸根結底是人才的競爭。時(shí)代的發(fā)展需要越來(lái)越多理論水平高、動(dòng)手能力強、心理素質(zhì)過(guò)硬的綜合性人才。如何適應未來(lái)競爭和發(fā)展的需要，建立一種全新的人才培養模式，從而為國家、為社會(huì )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(shí)踐教育，是全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。實(shí)踐是認識的基礎，在認識活動(dòng)中起著(zhù)決定性的作用。把理論知識用于實(shí)踐，以及學(xué)生參與實(shí)踐，是現代化教育的重要組成部分。通過(guò)實(shí)踐，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習興趣，促進(jìn)學(xué)生對理論知識的理解掌握，更能培養學(xué)生的鉆研精神，激勵學(xué)生進(jìn)行探索和創(chuàng )新。將理論知識與實(shí)際工程問(wèn)題相結合，既能培養學(xué)生的綜合能力（包括科研能力與社會(huì )能力），又能鍛煉其堅忍不拔、協(xié)作進(jìn)取的精神。中國空中機器人大賽適時(shí)地為實(shí)踐教育提供了一個(gè)優(yōu)良平臺，在這個(gè)平臺上，極具創(chuàng )造力的一個(gè)群體———高校學(xué)生———將能充分展現他們的聰明才智，為航空航天科技的發(fā)展注入新的活力。
一、創(chuàng )辦大賽建設實(shí)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(wú)人飛行器、旋翼無(wú)人飛行器、無(wú)人飛艇等。在通信、氣象、災害監測、軍事、農業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面都有廣泛的使用。它與傳統航模最大的區別在于它不是由人通過(guò)遙控的方式操縱，而是能夠自主飛行、自動(dòng)調整飛行姿態(tài)和飛行策略的無(wú)人飛行器，同時(shí)它還能與環(huán)境進(jìn)行交互，探測目標信息并做出反應，從而完成預定任務(wù)。國際空中機器人大賽自1990 年開(kāi)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(shí)培養了一大批富有創(chuàng )新精神、動(dòng)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(kāi)始在一些無(wú)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，國內卻始終沒(méi)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@樣的現實(shí)情況，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )機器人競賽工作委員會(huì )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(jiǎn)稱(chēng)ARCC）。大賽涉及機械、電子、計算機、自動(dòng)化、空氣動(dòng)力學(xué)等多個(gè)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(shí)用性使之成為眾多科技活動(dòng)中極具挑戰性的一項賽事，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(chēng)得上是國內航空航天與智能控制領(lǐng)域最高規格、最高水平的科技競賽。
大賽宗旨在于通過(guò)比賽提高國內航空航天和智能控制等學(xué)科科技活動(dòng)的水平，促進(jìn)交流，激發(fā)興趣，培養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(zhuān)家組、中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )智能自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、IEEE 控制系統學(xué)會(huì )北京分會(huì )等的大力支持。大賽得到了社會(huì )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(cháng)吳啟迪教授等在內的幾十位院士、專(zhuān)家和領(lǐng)導對大賽給予了極大關(guān)心并擔任比賽顧問(wèn)。首屆大賽在全國得到了積極響應，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， 還有許多國內著(zhù)名高校和科研單位還派出代表前往觀(guān)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(kāi)拓創(chuàng )新、勵志超越、公平競爭、協(xié)作進(jìn)取的大方向下，支持、鼓勵各種奇思妙想、發(fā)明創(chuàng )造，培養全國青少年對于航空航天和智能控制的興趣，促進(jìn)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(shí)4天，于11 月8 日在西安市閻良區順利閉幕。它的成功舉辦在國內受到廣泛矚目，大賽期間，教育部吳啟迪副部長(cháng)、殲十總設計師宋文驄院士等許多領(lǐng)導和專(zhuān)家均蒞臨賽場(chǎng)觀(guān)摩賽事，并對大學(xué)實(shí)踐教育中的建設實(shí)踐平臺、推動(dòng)實(shí)踐教育、提高實(shí)踐水平等問(wèn)題發(fā)表了重要講話(huà)。各大主流媒體紛紛對比賽進(jìn)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(dòng)化博覽等，搜狐網(wǎng)還專(zhuān)門(mén)為比賽推出了詳盡的專(zhuān)題報道。
二、舉辦大賽檢驗實(shí)踐創(chuàng )新能力
空中機器人是一項系統工程，如果可靠性得以提高，它就是可以實(shí)用的無(wú)人機?？罩袡C器人的設計與制造涉及到機械、電子、計算機、控制、飛行動(dòng)力學(xué)等多個(gè)學(xué)科，在具體的問(wèn)題中，又涉及到飛行器的設計、制作，控制系統的設計、電路板制作、傳感器應用，數據通信、圖像識別等多方面的知識。這樣一個(gè)復雜的系統要求所有隊員不僅自身要具備比較全面、扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識，而且要善于與不同學(xué)科的隊友進(jìn)行合作，要有團隊協(xié)作精神。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)參賽隊都將隊員分為幾個(gè)小組，有負責系統決策的，有負責飛行控制的，有負責數據通信的，有負責圖像識別的等等。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(gè)小組在解決自己負責部分的任務(wù)和功能實(shí)現時(shí)，還會(huì )考慮整個(gè)系統互連的便捷和可靠性等，這就極大地鍛煉了他們的團結協(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(kāi)發(fā)完成的，并且實(shí)現了自主飛行，體現了較高的水準。幾名本科同學(xué)平時(shí)的課程學(xué)習任務(wù)非常繁重，他們利用假期和課余時(shí)間制作高水平參賽飛行器，不僅激發(fā)了他們刻苦學(xué)習的勁頭，促進(jìn)了書(shū)本知識的掌握，還極大地培養了他們的團隊精神和集體榮譽(yù)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(shí)踐創(chuàng )新能力是一種鍛煉，也是一次檢驗的機會(huì )。我們舉辦大賽的宗旨在于培養人，也在于借此機會(huì )檢驗各單位所培養學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng )新能力。
三、發(fā)展大賽推動(dòng)實(shí)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(gè)較量的大平臺，一個(gè)交流、協(xié)作的大平臺，一個(gè)提高學(xué)生實(shí)踐能力，培養國家科研優(yōu)秀后備力量的大平臺。首次大賽表明，通過(guò)比賽，可以激發(fā)同學(xué)們從事科研的興趣，培養同學(xué)們刻苦鉆研、實(shí)事求是、探索創(chuàng )新的精神，還有利于他們樹(shù)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(guò)準備、參加比賽，體會(huì )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，有不少本科生和碩士生表明態(tài)度，希望進(jìn)一步深造，通過(guò)參加空中機器人大賽從各方面對自己進(jìn)行鍛煉，這正符合我們培養一流拔尖人才的目標。
航空航天和自動(dòng)化領(lǐng)域是關(guān)系到國家未來(lái)發(fā)展的重要領(lǐng)域，需要有一支專(zhuān)業(yè)知識拔尖、綜合素質(zhì)過(guò)硬的隊伍，因此培養高層次的拔尖專(zhuān)業(yè)人才，為國家輸送一批將來(lái)的學(xué)術(shù)帶頭人和專(zhuān)業(yè)骨干是高校和研究院所義不容辭的責任，也是歷史賦予科技界和教育界的責無(wú)旁貸的重任。中國空中機器人大賽對于加強實(shí)踐教育、促進(jìn)多學(xué)科融合、培養高素質(zhì)人才的推動(dòng)非常明顯，其意義重大而深遠。
四、總結大賽展望實(shí)踐創(chuàng )新應用
首屆中國空中機器人大賽在社會(huì )各界的關(guān)注和支持下順利落幕了，這次大賽只是一個(gè)起點(diǎn)，通過(guò)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(jìn)行切磋。
這次大賽給我們加強實(shí)踐教育、培養創(chuàng )新人才，探索新時(shí)期的人才培養模式帶來(lái)了一些啟示。
1 空中機器人作為一個(gè)系統工程，融合了多學(xué)科的知識，其輻射面廣、影響力大，對不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都有積極的帶動(dòng)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(shí)踐操作要求均較高的科技項目。在設計和制造過(guò)程中，需要將多學(xué)科的理論知識與工程實(shí)踐緊密地結合起來(lái)，在鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力的同時(shí)可以進(jìn)一步鞏固專(zhuān)業(yè)知識的掌握，能夠培養學(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(dòng)化、空氣動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科具有積極的推動(dòng)作用。鼓勵學(xué)生積極的投身其中，有利于培養學(xué)生開(kāi)拓創(chuàng )新，積極進(jìn)取的精神；
4 參加空中機器人大賽涉及多個(gè)學(xué)科，需要眾多成員，也需要較大的投入。從首屆大賽的結果來(lái)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(jì)。
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(huì )目前正在積極考慮推動(dòng)組織、規則等方面的完善，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(shí)用性，因此它必將受到各方關(guān)注，在多個(gè)領(lǐng)域將獲得應用，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(guò)改進(jìn)，更是可以應用于多個(gè)領(lǐng)域，并且將極大地促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的國產(chǎn)化、低成本化，舉例如飛行控制系統、慣性組件等。這些產(chǎn)品在之前較為依賴(lài)進(jìn)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(jìn)行探索和實(shí)踐，可以為技術(shù)應用做好前期準備。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(dòng)作用，為實(shí)踐創(chuàng )新技術(shù)的應用做好準備工作！
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