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郑南宁院士:打造人工智能领域的“百年老店”

2022-11-23
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1952年出生的中国工程院院士、西安交通大学教授郑南宁,自幼受父母熏陶,耳濡目染,自己组装矿石收音机,梦想着长大成为一名工程师。


1956年,人工智能在大洋彼岸的达特茅斯会议上诞生,迎来了它的第一次发展浪潮。科学家同聚一堂,描绘着未来人与机器共处的美好蓝图。

郑南宁的成长与人工智能的发展轨迹犹如同步前行、无限趋近相交的两条线。直到1987年,他的“机器视觉中图像分割专家系统的研究”项目获得首批国家自然科学基金青年科学基金(以下简称青年科学基金)的资助。

在独立自主的科研道路上,他同人工智能有了交汇,由此开启了他长路漫漫、上下求索的学术征程。


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郑南宁给本科生上数字信号处理课。   受访者供图

青年科学基金打开的一扇门


“把理论研究同实际问题结合起来做学问”这一研究思想贯穿了郑南宁的整个学术生涯。

当年,他用青年科学基金资助的4万元经费,研制出一套车辆牌照自动识别软件系统。

1988年,京石高速北京路段的一个收费站希望开发一套能够自动识别车型大小计费的自动收费系统。郑南宁带着课题组研制出的车型类别识别机器视觉系统,和他的学生一行六人挤在一辆租来的面包车里连夜从西安赶往北京。

“那时是12月,天寒地冻,黄沙漫漫。坐着四面漏风的面包车,我们赶到北京的时候,个个都冻成了‘兵马俑’。” 郑南宁笑着回忆说。

住进招待所,他们一刻也不敢松懈。担心路途的颠簸会损坏系统设备,影响第二天的实验,郑南宁带着大家挑灯夜战,调试设备。

“我们还引来了招待所管理员大妈的查房。她看到我们几个年轻人在忙碌地捣鼓着设备,说明了情况后,才放心地离开了。”

意外与困难总是不期而遇。无论怎样调试,系统总是显示有问题。一想到几个小时后就要带着设备到现场做实验,大家既焦急又无奈。

就在大家束手无策的时候,郑南宁用示波器观测电路板上信号变化的状态,脑海里突然闪现出一个念头:一定是某块芯片出了问题。大家赶忙换了芯片,系统终于恢复了正常运转。

这项由青年科学基金资助研发的新技术,在当时得到了很好的应用,后来黄河大桥的收费站也验证并应用了这项技术。

“青年科学基金给我打开了一扇门。即使在30多年后的今天来看,当时的研究思考依然具有它的科学价值。它为我后续紧扣人工智能前沿发展创造了更多的发展机遇。”郑南宁由衷地感叹道。

“后郑老师时代”


大道如砥,大势如潮。郑南宁的学术成长与人工智能的发展轨迹不断重合。

20世纪80年代,人工智能迎来第二次发展浪潮。1986年,郑南宁和他的硕士生导师、西迁教师宣国荣教授共同创建国内首家人工智能专职科研机构——西安交通大学人工智能与机器人研究所,在我国率先开展人工智能科研和高层次人才培养工作,培育人工智能的“生力军”。

20世纪90年代末,人工智能又一次浪潮涌起。郑南宁等相关专家在国家自然科学基金委员会(以下简称自然科学基金委)的组织下,经过10年的深入研讨和顶层设计,凝聚信息、生命和数学等领域专家智慧的“视听觉信息的认知计算”重大研究计划于2008年应运而生,强力支撑了国家在人工智能基础理论研究上的纵深发展,集中反映了自然科学基金委在人工智能领域的高瞻远瞩与战略部署。

从1987年至今,郑南宁在学术上的成长离不开个人兴趣的牵引、国家发展的机遇以及国家自然科学基金项目的扶持,尤其是帮助他走上独立研究道路的第一个国家自然科学基金——青年科学基金。

“它不仅支持了我的研究工作,更提升了我对科学思想、科学方法的认识。如果当年没有青年科学基金的支持,我在学术研究上的坚持与思考将缺乏验证和支撑,也很难想象我今天会有怎样的成长与蜕变。”郑南宁说。

对于青年科学基金的意义,郑南宁有着自己的看法。“它在帮助青年人才凝练、确定未来的学术方向上发挥着至关重要的作用。”他解释道,“在申请青年科学基金时,大家需要凝练出一个科学问题。由于对科学问题内涵认知的不确定性,申请人此后需要不断验证、探索,由此逐步形成未来的研究方向。”

郑南宁认为,青年科学基金给青年人才提供了一个难得的“试错”机会,帮助他们调整并确定未来的研究方向。

关爱团队年轻人的郑南宁发现,现在的青年科研工作者承受着不小的压力与两难的困境:一方面,科学研究需要科研工作者“甘愿坐冷板凳”,潜心钻研才能取得好的研究成果;另一方面,繁重的科研考核压力犹如“紧箍咒”一般,让大家焦虑得如同热锅上的蚂蚁,项目申请时往往带有更多功利性。

如何走出这一冷一热的窘境,郑南宁提议:“不能简单地对科技人才进行量化考核,而是要多管齐下,从大环境上进行改变。要在多部门的共同努力下,建立一个恰如其分的竞争机制,使优秀的学者更加优秀,并支持后进的学者在积极的环境下健康成才,让有追求的学者都能发挥出更大的作用。”他建议,自然科学基金委既要提高青年科学基金项目的资助率,又要对其他资助项目的比例作出合理调整,避免资源浪费。同时,要支持“好奇心驱动的研究”,支持“相信且追寻自身直觉的科学家”,这是有助于成功的创新生态系统的必备要素。

“另外,年轻人身边的小生态环境也需要改变。”郑南宁发现,团队对青年人才的成长起着至关重要的作用,要大力建设具有学科特色的团队文化。对工程科学而言,团队的智慧与合作显得尤为重要。“我经常同团队讲,现在已经进入到‘后郑老师时代’,我们要有舍小我、顾大家的团队文化,才能建成人工智能领域的‘百年老店’。”


探索科研的勇气、迎接挑战的底气与敢打胜仗的硬气



越是遥远的征程,越需要领航的力量。作为我国改革开放后的第一批研究生和公派留学生,郑南宁为了祖国科技事业的发展的需要,毅然放弃了海外优越的条件,返回西安交通大学任教。究其原因,他说始终忘不了母校与导师对他的关爱和培养。

老一辈教师对学生的呵护、对教育事业崇高的追求,不畏艰苦、迎难而上的科学家精神深深地影响和感染着郑南宁。而他不仅传承了老一辈的科学家精神,更是进一步将体育精神与之相融,影响着团队师生。

郑南宁经常利用业余时间同师生一起参加体育锻炼。“最长的一次骑行了140公里,我们从法门寺骑回了西安。”他认为,经常进行体育锻炼不仅可以强身健体、有益大脑、亲近自然,还可以塑造人格,为持续不断地坚持科学研究提供有力支撑。

“我时常同团队的师生讲,要将体育精神牢牢印刻在科学精神里。科学研究是一个追求理性结果的过程,但在追求的过程中往往需要一种‘疯狂’。要有一种无惧挑战、‘着迷’的锲而不舍的科学精神。我们要有坚定探索科研的勇气,要有迎接未来挑战的底气,要有敢打久仗胜仗的硬气。”

靠着勇气、底气与硬气,在郑南宁团队中成长起来的国家级人才总数约占团队人数的1/3。多年来,他先后获得多项国家级、省部级奖项;获批26项国家自然科学基金项目,涵盖大部分类型,包括国家杰出青年科学基金项目、创新研究群体项目等。

自2009年起至今,依托“视听觉信息的认知计算”重大研究计划,郑南宁发起的“中国智能车未来挑战赛”已成功举办了12届,以赛促研,以赛促进,培养了一大批领域内的中青年科技骨干,推动和引领了我国自动驾驶技术的跨越式发展,被称之为中国无人驾驶智能车研发的“黄埔军校”。

如今,郑南宁依旧活跃在教学与科研一线。他坚持每周抽出两天时间给本科生上课。喜欢和学生探讨人工智能与无人驾驶技术的他始终坚信:“实现完全自动驾驶是一个令人兴奋而又望而生畏的挑战!”

“所谓的令人兴奋,是自动驾驶技术一定会给我们整个社会带来颠覆性变革。然而,当前的无人驾驶技术同人类驾驶相比还存在巨大的差距。”郑南宁充满期待地说,“今后的交通路况,会出现有人驾驶和无人驾驶混行的场景。人类驾驶员在驾驶的过程中会应对交通场景的变化,适时做出驾驶行为的改变,这种人类驾驶行为的变化对无人驾驶系统而言是一种随机的扰动。此外,从统计意义上来讲,无人驾驶是一类不能犯错误的人工智能系统。如何克服这些问题,将是无人驾驶面临的不可忽视的挑战。”

“当一项重大技术发生变化时,一定会产生若干有意义的分支去影响其他领域。”郑南宁说。

未来,人和机器将如何共处?郑南宁的一席话,留给我们无尽的遐思!


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