学院现状
学院教学院长侯迪波教授致辞2017认知实习启动，控制学院以87%的深造率领跑浙江大学。学院下设无人系统协会、智慧城市与交叉创新俱乐部等五个社团和诸多实验室。
- 目标
- 踏实
- 精力
- 智能感知与检测研究所
- 工业控制研究所
- 智能系统与控制研究所。
老师的问题
Q1：发挥你的想象，谈谈10年后物联网的应用场景？
Q2: 以上介绍的竞赛你最感兴趣的是哪一个？
Q3：脑机接口让猴子进食？
自我感想
A2:在当日展示的无人帆船（WRSC）、轮式足球机器人、仿人式足球机器人(robocup)和机甲射击机器人（Robomaster ）等比赛，由于我本身也是一个体育爱好者，便对足球机器人产生了浓厚的兴趣。
在对机器人未尝涉足的情况下，我进行了相关资料的阅读。了解到让机器人踢足球进行比赛，这一设想由加拿大不列颠英哥伦比亚大学的学者艾兰.麦克乌斯教授于1992年在一篇题为“关于可视机器人”的文章中首次提出【1】。机器人足球比赛系统涉及了机器人视觉技术、机电一体化技术，无线通信技术，多智能体协调控制技术，传感器融合技术、计算机硬件技术、人工生命与遗传学技术，人-机接口技术等多门学科的内容，足球机器人是这些关键技术的集成。
关注到视频中所放的小型轮式足球机器人，其速度与球速都十分惊人，控球率也有一定的保证，极其类似人类的足球作战。但是机器人不是人，他没有前锋、中场、边路的意识。所以机器人首先就需要视觉绝对坐标/球场来确定自己的位置和朝向，然后利用线性矩阵让这种人眼和脑一瞬间能处理的情况变为机器人能处理的计算。在视频中的小车，并没有观察到转向轮，所以合理推测轮式足球机器人是通过两轮的差速来实现转向的。机器人没有柔软性和任意精度的自由度控制，所以对于灵活多变的足球运动来说，要求就十分高。对于单个轮子来说，需要三个自由度来控制它，简单来说就是x方向y方向的力学方程和一个转动角动量；对于整个小车来说，有一个质心的平动和质心的转动等等【2】。运动控制方面，有基于BP神经网络的PID控制、基于SVM路径规划、时间最优Bang-Bang算法等。
从小车的个体抽象出来，放眼整个足球场。足球是11个人的运动，也是最考验“交互”的运动。在过去60年中，人工智能研究的主要问题是“单主体静态可预测环境中的问题求解”，其标准问题是国际象棋人一机对抗赛;未来40年中，人工智能的主要问题是“多主体动态不可预测环境中的问题求解”，其标准问题是足球的机一机对抗赛和人一机对抗赛。在机器能够拥有初步只能处理的情况下，与其他机器乃至人交流是大势所趋，而到2050年基本实现机器人与人类世界杯球队踢球【3】也让未来可期。回归到机器人足球的球场上，在现有的Rob oCup的赛场上，主要分为两种Remoto-brainless系统（全局视角）和Robot-based系统（局部视角）。足球运动是不允许发生冲撞的，所以利用队形变换撕开防线就是最经典的突破，对于机器人来说，在获取了整体定位以后就要规划最优路径了。在基本运动规划方面主要有以下三种方法【4】：1、Decomposition 方法 2、RoadMap方法 3、Potential Field方法。而随机运动规划也包括三种方法：1、随机势场法 2、概率路标法 3、快速扫描随机树方法。
大致了解了这些方法的内容以后，重新回想视频比赛中的情况，在主要是局部视角的情况下，机器人能够做出晃人、假动作、变速球等动作。个人猜想应该是在动作处理库（一个函数库/深度学习库）里将战术存放进去，然后再放进深度学习里面让深度学习能够自我调用等。如果人类足球前锋能够骗过守门员和摄像机，那么机器人应该也可以——在视频中前几个高速抽射，美国的守门员都能瞬间扑住，但是外围一个缓慢的球守门员却没有任何反应。我自己有两种考虑，就以前锋持球面对守门员的时候为例。一种是将假动作这个写进程序，当判断到达前锋守门员1vs1的时候随机触发，设这个概率为ζ ，ζ在自我学习中根据成功率不断修正；第二种是加上读取对手动作的视觉反馈环节，对方守门员可能会根据机器人开球部位的动作分析做出动作，而我们可以降低开球部分的速度，从而在对方守门员进行相应反应时，我们读取他的动作，然后进行假动作。可能造成对方守门卡顿或者扑向完全相反的方向。在自我设想以后，我查阅了相关的资料【5】，考虑到足球中传控是最主要的一环，而射门也可以算是加强版的传球——基于CMAES逐层学习的传球。在CMAES的架构下，可以分为1、灵活传球的分层学习 2、稳定传球的分层学习 3、精准传球的分层学习。学习了传球的基础上再分解动作，比如在Keepaway局部学习下有带球、传球、射门、向静止的球靠近或者截段对手的球、无球跑动等。
A3:在控制学院三大研究所之一的智能系统与控制研究所的介绍内，老师讲解了将猴子绑在椅子上，使其通过“意念”隔空操作机械臂进食的脑机接口、看到蚊子在大雨中来去自如而引发的建模实验、还有小型无人机炸弹“蜂群”等。其中最感兴趣的莫过于脑机接口的应用，这满足了人类的无限幻想。
大脑是人类最复杂的神经中枢，里面数以亿计的计算都是通过脑电波，一种电磁波进行的，私以为，只要在电磁层面，就可以将这种电信号提取出来，然后做相关处理。查阅相关资料，脑机接口形式一般以信息采集方式为主划分：通常被分为侵入式、半侵入式、非侵入式（脑外）。在上述划分中，侵入式和半侵入式都需要实施手术，不可避免地对动物体或人体造成伤害，非侵入式脑机接口其实就是一套可穿戴设备，虽然避免了昂贵而危险的手术，但是由于颅骨对信号的衰减作用和对神经元发出电磁波的分散和模糊效应，记录到信号的分辨率并不高。
清华大学医学院生物医学工程系洪波教授洪波也表示【6】，原来的实验室工作基本上都是植入式脑机接口，但是这些年的工作都是无创的脑机接口，“这说明经过这么多年，做植入式脑机接口还是很困难的。因为你植入这么多电极，这些神经是不死的，会有反应的，会包裹电极，把信道降低。”
1988年首次报告了用脑电α波信号控制移动机器人，目前这种无创的脑电波采集方法正是实现脑机接口的最主要方式之一。除此之外，还有脑磁（MEG），功能磁共振（fMRI）、功能性近红外光谱（fNIRS）以及有创的皮层脑电（ECoG）、神经元群体记录等信号采集技术。大脑有边缘系统和新皮质，边缘系统在大脑中相对简单，负责人类相对简单的冲动——吃食物、搏斗和性，这些都与生存有关；新皮质是大脑中相对高级的部分，负责艺术、商业、技术、哲学和游戏。新皮质让真正负责思考的并非是其“主体”，而是顶部2毫米厚的物质层，下方的其余部分实际上相当于连线。所以脑机接口就是将2毫米厚的物质层进行相应的对接。
在实际应用方面，脑机接口和展示视频最直接相关的就是帮助神经受损的伤患进行肢体延伸。以猴子为例子，美国杜克大学研究人员在两只猴子的脑部负责躯体运动和感觉的两个区域植入数以百计、只有发丝大小的微细纤维，形成微电极阵列。通过这一阵列，外部设备就能接收神经元发出的脑电波。从而驱动相应的机械设备达到绕过受损神经元的目的。参与研究的杜克大学研究人员米盖尔·尼科莱利斯说，此前也有一些非嵌入式的方法可以帮助残疾人士恢复一定活动能力，比如在头部贴上电极来传输并转化脑电波，从而操控机械轮椅或机械手臂，但这种做法效率很低。而新研究显示，在脑内植入电极能够对机械轮椅实现更高效的操控（侵入式）。但是这样同样也会面临产品更新换代但是植入脑的无法更新换代等问题。同样还会面临相应的伦理问题，因为涉及到了人类最深层次的大脑。但是在文体悬而未决的情况下并不影响脑机接口的未来可塑性【7】。Facebook提出了实现“读心术”，像科幻电影中仅利用脑电波进行交流，他们准备将脑机接口的语言输入提升到每分钟100字，同时打造商用设备。特斯拉与SpaceX的创始人埃隆·马斯克则建立了“神经织网（Neuralink）”公司，旨在拓展研发脑机接口。
大体了解了情况以后，尚不具备相应专业知识的我为了深入了解查阅了相关资料。在实际应用方面，除了绕过部分神经受损方面，还有字符输入和完全闭锁状态患者信息输出。在硬件方面【8】对新型小型的设备的兼容性、无线化提出了新要求，德国柏林工业大学的无线模块化硬件架构M3BA，单个仅长42mm；信号制约也会极大影响效果，美国UCLA开发了将电极放在耳后无毛发覆盖区域的稳态视觉系统诱发电位脑机接口系统提升了相应的稳定性。传输速率上从原来的0.5bit/s——清华4.5bit/s——中科大6.3bit/s——丹麦的自适应式特征提取脑机算法。
脑机接口神秘而空间巨大，充满着吸引我的力量。还需努力学习，方能进一步探索科学世界。
参考文献
[1] A.K.Mackworth. On seeing robots. In:Computer Vision:System, Theory and Applica ions[M],World Science Press, Singapore , 1993.
[2] 孙淑云. 轮式足球机器人运动控制算法研究与实现[D].成都理工大学,2009.
[3] 郑春阳,李永新,李尚荣,孙刚,陈盛,朱璐,皮骄阳.轮式足球机器人平滑运动轨迹控制算法的研究——Robocup系列研究之四[J].自动化与仪表,2004(01):10-13
[4] 周科. RoboCup小型组（F-180）足球机器人的运动控制和路径规划[D].浙江大学,2004
[5] 李学骏. 足球机器人局部传球与战术配合[D].南京邮电大学,2016
[6] 孙进,张征,周宏甫,等.基于脑机接口技术的康复机器人综述[J].机电工程技术,2010,39(4):13-16.
[7] 张丹,李佳蔚.探索思维的力量:脑机接口研究现状与展望[J].科技导报,2017,35(9):62-67
[8] 张丹,陈菁菁,王毅军.2017年脑机接口研发热点回眸[J].科技导报201836(01):104-109
