為無人機教育裝上騰飛“引擎”

近年來，無人機產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，以大疆為代表的無人機研發(fā)生產(chǎn)及應用企業(yè)，推動無人機應用到救災、農(nóng)業(yè)、物流等各行業(yè)，掀起了一股無人機熱。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了無人機專業(yè)，但是無人機教育仍處于起步階段，教材、教具和教師缺乏，學校培養(yǎng)的人才無法滿足市場需求，尤其是既懂動力系統(tǒng)、硬件設計，又懂軟件算法、調(diào)試控制的全棧式復合型人才，市場上奇缺。

作為北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院自控系副教授、可靠飛行控制研究組負責人，全權(quán)自2010年以來深耕多旋翼無人機研究和教育領(lǐng)域，撰寫了第一本多旋翼飛行器的理論入門書，廣泛應用于中國及歐美大學課堂，出版并研發(fā)了多旋翼無人機實踐實驗教學的教材及實驗平臺，解決了無人機教學面臨的開發(fā)難題，受到從事無人機科研、教育、學習及應用的群體歡迎，為我國無人機專業(yè)建設和人才培養(yǎng)裝備增添了強力引擎。

    撰寫第一本多旋翼無人機教材，全球下載4.3萬次

全權(quán)2010年博士畢業(yè)后留校工作，致力于無人機專業(yè)研究和教育已有10年時間，親歷無人機產(chǎn)業(yè)爆炸式發(fā)展，但也苦惱于多旋翼無人機教材、教具及課程的匱乏，已經(jīng)嚴重影響到學生培養(yǎng)和團隊科研工作。

“無人機火起來之后，為了指導學生系統(tǒng)學習無人機知識，提高團隊科研效率，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，他動了自己動手撰寫世界上第一本多旋翼飛行器設計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，多旋翼飛行器的設計與控制非常復雜，不僅涉及力學、電子工程、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)等多學科多專業(yè)，而且要以多旋翼飛行器為對象，將相關(guān)學科知識融會貫通、有機串聯(lián)整合起來，教材編寫難度大，對全權(quán)提出了很大挑戰(zhàn)?！皬?015年到2017年，近3年時間，我一邊學習一邊輸出，一邊編寫教材一邊授課教學，惡補了很多其他學科的專業(yè)知識，終于把教材撰寫出來了。”全權(quán)說。

2017年，世界上第一本多旋翼飛行器設計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計、建模、感知、控制和決策等各個方面。

《連線》雜志前任主編克里斯·安德森評價稱：“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技術(shù)的發(fā)展過程，這對任何希望學習如何設計飛行機器人的人來說是一個必讀教材。”

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

無人機愛好者“鐵鋼”是某“雙一流”建設高校在讀博士生，有過多年的無人機飛行經(jīng)驗，現(xiàn)在在進行無人機設計方面的研究。為了摸索無人機的設計和控制，他曾經(jīng)走了不少彎路。他表示：“無人機是一個橫跨控制、硬件、氣動、飛行器設計等多個領(lǐng)域的學科，學習難度很大，如果沒有系統(tǒng)、科學的指導，很難把無人機研究清楚?！?/P>

前不久，聽聞全權(quán)老師開設了多旋翼飛行器設計與實踐的網(wǎng)絡課程，“鐵鋼”又果斷報了名，課程干貨眾多、收獲滿滿，逐步掌握了多旋翼無人機設計和控制的諸多難點。

全權(quán)表示：“我們配套研發(fā)了可靠飛行仿真（RflySim）實驗平臺，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，更有利于無人機全棧式工程師的培養(yǎng)?！?/P>

可靠飛行仿真實驗平臺的研發(fā)和應用，使得無人機的教育，從“舊時王謝堂前燕”，到如今真正“飛入尋常百姓家”，一下子降低了無人機教育的門檻。據(jù)了解，以往要將無人機設計和控制的研究設想應用到實際飛行時，即使是實現(xiàn)一個很簡單的算法，也需要花上三四周的時間，由于缺乏可視化、仿真軟件，大量時間浪費在算法和軟硬件調(diào)試上面。全權(quán)將多旋翼飛行器譽為“控制實踐的試金石”。

他進一步解釋說：“由于涉及復雜工程問題，多旋翼飛行器的設計與控制基本上覆蓋了工程教育認證標準的所有內(nèi)容，包括從問題分析到設計解決方案，從使用現(xiàn)代工具到利用創(chuàng)新鋰能解決社會問題，從學生的研究能力培養(yǎng)到合作能力與溝通能力的提升，等等。而可靠飛行仿真實驗平臺的研發(fā)和應用，實現(xiàn)了從理論到實踐，從研究到產(chǎn)業(yè)的無縫對接，有利于真正提升學生綜合能力，培養(yǎng)復合型全棧式工程人才。”

正是由于這樣開創(chuàng)性的貢獻，該平臺于2019年榮獲了第二屆全國高校自動化專業(yè)青年教師實驗設備設計“創(chuàng)客大賽”兩個金獎之一。北航向錦武院士稱贊：“《多旋翼飛行器設計與控制實踐》的系統(tǒng)化知識體系和先進開發(fā)流程綜合，是對無人機控制領(lǐng)域一個及時和重要的貢獻。”

    線上線下累計授課上萬人次，為無人機騰飛儲備更多人才

從事無人機研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)界人士耿學中表示：“無人機產(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，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計與控制的相關(guān)課程之外，還積極利用大學MOOC愛課程、網(wǎng)易云課堂等在線教育平臺進行授課，授課對象覆蓋全國其他高校師生、產(chǎn)業(yè)界工程師等，線上線下累計授課人數(shù)超過1萬人次，其中愛課程平臺開課3輪次，共有7884人次參加，網(wǎng)易云課堂596人次參加，深藍學院730人次參加，滿意度超過95%。

江蘇師范大學電氣工程及自動化學院副院長段納是控制理論聯(lián)系實踐的積極倡導者，她對多旋翼飛行器設計與控制課程非常認可。該院已經(jīng)組織3批次師生參加全權(quán)團隊組織的線上線下課程。段納院長表示，該課程和平臺非常實用，解決了他們在無人機研究和教學過程中的調(diào)試、仿真、實飛等難題。近年來，全權(quán)團隊利用課程和實驗平臺，加強科學研究和學生培養(yǎng)，先后榮獲多次獎項，發(fā)表核心期刊論文多篇。

“有了教材和實驗平臺，上完課以后，學生們能夠?qū)⒁恍﹦?chuàng)意和創(chuàng)新真正落到實處?！比珯?quán)說，“我們非常鼓勵學生們提出有創(chuàng)意的想法，例如利用多旋翼飛行器進行滅火，指導小學生們利用多旋翼飛行器編舞等?！?/P>

《中國教育報》2020年08月15日第3版