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打造机器设备“慧眼” 织就水下通信“光网”
——大连理工大学辽宁省泛在网络与服务软件重点实验室成果集萃
上图 实验室科研人员调试机器人。下图 实验室科研人员进行攻关。
本报记者 张蕴摄
【走进实验室】
◎本报记者 张 蕴
一辆微缩无人车模型周身环绕着数个黑色“眼球”，能360度感知环境；水槽中，一台小型水下机器人正通过可见光信号，与水面设备进行高速“对话”……这是科技日报记者日前在大连理工大学辽宁省泛在网络与服务软件重点实验室看到的情景。
据实验室主任樊鑫介绍，实验室有77位全职人员，主要研究方向是泛在网络、智能软件、海洋信息处理等。数据显示，实验室累计获得研发经费2.33亿元，承担重大重点类项目20余项，获专利310项。
让机器“看得准”又“看得懂”
“摄像头相当于人的眼睛，我们开发的软件能够模拟大脑功能，让机器既‘看得准’又‘看得懂’。”实验室研究员仲维说。
“以前的摄像头精度不够、不耐‘折腾’。”仲维说，“受天气温度变化影响，硬件热胀冷缩会改变摄像头之间的物理距离，造成程序计算摄像头位置坐标产生误差。如今，我们研发的算法能够消除这类误差，使摄像头的环境适应性大幅提升。”
在实验室展示区，车载相机模组的“四目”设计格外亮眼：两组可见光摄像头构成基础“双目”，另搭配两个红外摄像头。“无人车执行任务时，车载相机模组硬件可与红外/可见光融合感知算法相互配合，使无人车无论白天黑夜都能够识别障碍物，实现安全行驶。”仲维解释说。
与车载相机模组类似，实验室研发的室内机器人采用“三目”设计：两组可见光摄像头搭配一个主动红外发射器。仲维为记者现场演示：在关闭红外发射器时，由于缺少了显著“锚点”，机器人无法测量其与白墙之间的距离；开启红外发射器后，白墙上形成特殊光点，机器人能够精准定位这些“锚点”的坐标，进而反演推算出与墙之间的距离。
樊鑫指着室内机器人说：“依靠实验室研发的智能软件，在养老健康监测场景下，室内机器人还能精准识别老人跌倒、监测老人异常情绪与行为，真正做到‘看懂’场景。”
记者注意到，展柜中陈列的水下机器设备仅配备了两组可见光摄像头。“在水下环境中，红外摄像头的红外成像能力会失效。”仲维解释说，目前，实验室正在攻关声呐与可见光融合技术，持续拓展机器视觉边界，让设备在漆黑的海底也能实现对周围环境的清晰感知。
“未来十年，我们将持续迭代摄像头与其配套算法，为其拓展更多应用场景。”实验室教授罗钟铉说。
光通信破解水下高速传输困局
走进实验室的水下测试区，记者听到细微的水流声，只见一个小型水下机器人原型在水槽中悬浮。
当记者问起水下机器人的通信方式时，实验室副主任王雷说：“它主要靠光通信模组进行通信。光通信模组通过可见光信号向水下机器人传输信息，光能照到的地方通信就能覆盖到。”
“传统水声通信速率低、延迟高，无法满足高速传输需求。”王雷指着水下机器人光通信模组介绍，团队研发的水下光通信及组网技术，解决了水下通信痛点，其核心突破在于“多跳”组网。
“光通信的‘多跳’组网指的是信号能从一个节点传到另一个节点，再到下一个节点，一个个节点可以接力，形成‘多跳’组网，从而覆盖整片海域。”王雷解释，“‘多跳’不是简单的信号传输，而是像互联网路由一样，让网络无处不在。我们研究的目标是，实现空中、水面跨域通信，最终构建海陆空一体化立体泛在网络。”
王雷告诉记者：“过去，水声通信经常是每秒只能向水下机器人传输几个字节。现在，我们的光通信的‘多跳’组网让水下机器人实时协同成为可能。”王雷告诉记者，团队研发的水下光通信及组网技术获2022年日内瓦国际发明展金奖、2022年世界物联网大会创新项目奖。2023年，实验室的相关成果已用于支撑进行海洋监测的水下智能机器人集群作业。
王雷透露：“目前团队正推动水下光通信标准制定，目标是让泛在网络从实验室走向‘深蓝’。”
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研发多款“软件+X”应用产品
“人才是创新的核心驱动力。”大连理工大学辽宁省泛在网络与服务软件重点实验室主任樊鑫介绍，实验室现有博士生导师44人、硕士生导师73人，13人入选全球前2%顶尖科学家榜单。
正是这样一支高水平的科研队伍，催生出一系列具有国际影响力的创新成果。实验室教授罗钟铉研发的无人系统多波段立体视觉技术已装备自主无人车；实验室教授林驰研发的水下可见光通信网络获日内瓦国际发明展金奖；樊鑫团队研发的目标检测算法被国际上应用最广泛的计算机视觉开源库OpenCV收录。
依托人才与技术优势，团队加速成果转化步伐，成立湖南视方达科技有限公司、数智汇能（大连）科技发展有限公司等学科性公司，成果转化金额达2000余万元正规股票配资网，其中一次性转化金额1000余万元。目前，实验室已孵化出无人车四目视觉系统、水下光通信自动对准模组、无人机红外组合模组、养老服务三目机器人等多款“软件+X”应用产品。
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