【广州日报--院士专题】跨界院士杜如虚:造智能机械,记“斗转星移”
  • 发布人:谭晓慧
  • 发布时间:2018-12-28
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   “如果再让我选择一次,我可能会学历史;但正是工科,让我看到了一个不同的世界。”

多年从事制造工程与精密工程研究的加拿大工程院院士杜如虚教授这样说。

这位工科教授酷爱文学历史、天文地理,他将“大道至简”的道理用于工程研究,带领团队研发出多个世界领先的研究成果。他正在写一本名为《时间之旅》的科普书籍,讲述古今中外对于时间的探究历程。

2017年,他当选为加拿大工程院院士。2018年,他从香港回到母校华南理工大学,筹建华工国际校区的吴贤铭智能工程学院。该学院成为融合机械工程、电子工程、计算机工程等多学科的新工科学院。

 


师从泰斗:书香世家爱历史,名师高徒志向远

杜如虚生于书香世家,爷爷曾在福建龙岩创办了第一所新学;外公是第一代中国留学生,曾在德国汉堡大学留学。杜如虚的父母皆毕业于中山大学医学院。为响应抗美援朝,他们远赴长春第一军医大学就职。1962年,八岁的杜如虚随父母回到广州照顾外婆,在广州一直到1985年出国。

1977年,在工厂工作了四年,表现优异的杜如虚入选为工农兵学员。他本来有个机会报考中山大学历史系,当时很想学文,学历史可以说是一个梦想。但他最终还是选择了理工科。1980年他考上华南理工大学自动化专业。回忆起在华工的求学岁月,杜如虚表示:“我是自动化系第一届研究生。这段学习经历让我接触到前沿科技,也产生了走出国门、到国外留学的想法。

后来,杜如虚成为世界制造工程界泰斗吴贤铭教授的学生。“吴教授对学生要求严格,学问更是高深。当时美国的绝大多数科研项目都掌控在白人手里,吴教授作为一个华人,一举拿下美国国家重点实验室项目。他是智能工程的先驱者。”杜如虚是吴贤铭教授的第99个博士。恩师不仅教做学问,也教做人。很多东西,多年后回味老师的话,才恍然大悟。他对恩师充满感激。

 

师法自然:机器鱼游白鹅潭,文化融入机械里

在近40年的教学和科研生涯中,杜如虚做过多个制造工程及精密工程课题,他介绍了自己和团队正在进行的一个有代表性的项目——机器鱼。

“鱼是如何在水中运动的呢?

大约10多年前起,我们的团队开始研究鱼类的运动。所谓师法自然,经过三次大的突破,我们研究出了世界上领先的机器鱼。杜如虚在办公室的触屏电脑上一边画图一边讲解:鱼靠摆动尾巴来游泳。不同的鱼有不同的摆动方式,吞拿鱼摆动的方式是‘C’形,鳗鱼摆动的方式是‘S’形。我们仿照鱼的骨骼和肌肉设计了一个拉线结构,能够很好地模拟鱼的摆尾运动,因此大大提高了机器鱼的效率。

接着,我们注意到鱼尾巴部分是越来越小的,尾鳍没有肌肉。据此,我们又设计了一个具有柔性结构尾鳍的机器鱼。

最近,我们又研究了鱼的脑子。鱼的脑子很小,位于头部靠后的位置。但是在游泳过程中,却能很好地控制身体的转弯及上升下潜。这是因为它有一套特别的控制方式。我们模仿鱼脑的控制算法,设计出一个特殊的控制器,使机器鱼的运动更加顺畅。”杜如虚表示,“他们的机器鱼效率高、功耗低,用两块手机电池就能从容地游过白鹅潭,希望有朝一日能够从广州游到香港”。

杜如虚院士擅长的另一领域是精密工程,他还特别研究过机械钟表的设计与制造。“近百年来,机械钟表技术突破不大,但它曾经是引领世界发展的高新科技。今天我们所用到的技术,很多都与机械钟表有关。”他说到,今天我们用到的滚珠轴承、温度传感器等都源自机械钟表。“后来的原子钟技术更衍生出GPS技术,影响着我们的生活。

杜如虚对钟表的研究延伸到对时间的研究。最近他正在写一本名为《时间之旅》的书,共有问天、秤水、数声、炼石、飞越五个章节,讲述古今中外对于时间的探究历程。

基于对历史文化的热爱,杜如虚团队还设计并制作出一只“斗转星移”腕表。这只表的表盘将北斗七星斗转星移的星象融入其中作为日历。未来,团队还将推出“星月同辉”腕表,可以显示斗转星移的年历和中国传统农历的月相。

 

回归母校:“三大两小”新理念,智能工程寄厚望

2013年,他在华工担任兼职教授,义务为母校讲授工程创新设计的课程。2018年,他辞去香港中文大学的工作,全职回到母校筹建华南理工大学国际校区吴贤铭智能工程学院

智能工程应用涵盖“海陆空”多个领域。杜如虚介绍说:“人是最智能的,人与外部世界互动包括传感、思考、执行三方面。在智能工程中,传感包括看、听、闻、触摸等,主要依靠电子工程技术实现。思考包括学习、决策、预测等,这主要依靠计算机工程实现。执行依赖行动,主要依靠机械工程实现。同时,智能工程的发展还需要新材料,需要借助仿生技术提供新的设计思想及工作原理。因此也需要材料工程和生物工程。”他将这称为“三大两小”,并表示这一理念将是学院发展“智能工程”的方向。

杜如虚表示,“吴贤铭智能工程学院”将围绕“国家科技创新规划”等国家战略中对智能制造的发展目标,以机械工程、电子工程及计算机工程等多学科交叉融合,发展“智能工程”新工科。杜如虚表示,“吴贤铭智能工程学院”在学科定位上更具有前沿性,在培养体制方面也会大胆创新,来实现智能工程领域新突破。

杜如虚提到,国家富强要靠先进技术。“希望年轻人能打好基础,在智能工程、信息工程、材料、能源、环境等方面做出更大贡献。”

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杜如虚

1955年生,多年从事制造工程及精密工程领域的研究。曾任香港中文大学精密工程研究所所长,机械与自动化工程系教授;广州中国科学院先进技术研究所所长,首席科学家。现任华南理工大学吴贤铭智能工程学院教授及建院院长。2012年当选国际制造工程学会院士,2015年当选香港工程师协会院士。2017年当选为加拿大工程院院士。

诗意人生

杜如虚兴趣爱好广泛,酷爱读书。他与妻子杨晖结婚三十余年。他感激妻子照顾家庭的付出,曾为她写了一首诗,其中有两句非常感人:

“并肩共觉沧桑去,携手倍感两情牵。”

创新感言

创新本身是有风险的。在全球竞争的环境下,创新是势在必行的。中国人很优秀,但在工程领域,做得不够精细。这并不是我们的某一项技术不行,只要将这一块短板补上就可以了。而是各部分不够精细,所以组装在一起就不行了。因此必须精益求精,做好每一个零部件。才能有在全世界都站得住脚的新技术和新产品。建议相关部门在制定相关政策时,一是要持之以恒,长期投入。二是要避免条条框框,让百家争鸣,百花齐放。 ”(图/文:广州日报)