首页 IT科技 “网课三年,我们研究了火星探索的那些事儿”

“网课三年,我们研究了火星探索的那些事儿”

第一批“网课大学生”正在忙些什么?

疫情三年,让不少书生意气,准备进入大学挥斥方遒的年轻人泄了气,“这是大学应该有的样子吗?”


(资料图)

缺少校园生活、无法进行足够的专业实践,也让外界不禁调侃和质疑这批年轻人的学识、拓展能力是否被限制住了。

但实际上,显微故事走访了不少大学生后,意外地发现,这些年轻人们依然保留着对世界的热情,以及他们独有的、关于科学、物理、甚至全人类社会的思考。

在刚过去的2022年的中国高校计算机大赛——人工智能创意赛中(以下简称C4-AI大赛),来自全国400多所高校的3000多支队伍,带着他们的AI作品,刷新了人们对“网课大学生”的种种猜想。

有人仰望星空,探索火星探测器降落失联的“黑色七分钟”的著名难题;

有人关心社会议题,希望用技术为阿尔兹海默症的筛查尽绵薄之力;

有人大胆创新,借助无人机和无人车为灾后紧急救援争取时间……航天、农业、医疗、城市、公共安全……

在百度的人工智能技术加持下,这群大学生脑洞大开,探索出了诸多有趣、有温度的技术应用创意方案,甚至有些超越了我们的想象。

这是一群热血、真诚的年轻人,他们关注时代和世界、关注技术和产业,也关注社会里的个体,并始终尝试尽自己所能,为之做些什么。

当我们提及“网课大学生是否为所谓的废掉的一代”时,不妨先听听他们的“心声”。

以下是他们的真实故事:

文 | 小北

编辑 | 卓然

如果回忆起电影《火星救援》,或许大部分人都对土豆苗在火星上破土而出的那一幕难以忘怀。

在火星的第54个太阳日,一株马铃薯嫩芽为宇航员马克带来了继续存活的希望,也勾起了我们对火星的无限遐想。

图 | 电影《火星救援》剧照

不仅是电影作品,在目前现有的前沿科学研究里,我们也从未停止对火星的种种探索。

在此过程中,一个名为“黑色七分钟”的难题备受关注。

当探测器从距离火星120公里左右的距离快速降落时,它只需7分钟就能到达火星表面,但与此同时,因为地火距离较远,通讯信号完成地火之间的传递至少需要10分钟。

这也就意味着,在探测器着陆火星的时间段里,它与地球是“失联”的。

“着落失联,让一半以上的探测器在降落火星时因遇到陨石坑、岩石等物质,导致探测器侧翻,让探测无法有效进行”,来自北航的李惟潇解释道。

图 |李惟潇的团队“火星奇迹”被多家媒体报道

李惟潇是北航飞行器控制与信息工程专业的大三学生,也是本次C4-AI大赛航天组“火星奇迹”的队长。出于专业原因,他一下子就想到这个困扰世界的难题——难道人类就不能为“黑色七分钟”做些什么吗?在这个初衷下,惟潇与同导师的元哲明、许智博一拍即合,开始了一场奇妙的火星探索之旅。

在与导师讨论后,他们从自己的专业出发,尝试让探测器“全自动着陆”——即通过目标和图像分析,让火星探测器自发避开陨石坑、岩石等障碍物,寻找恰当的落地点。

受黑色七分钟影响,目前火星探测器普遍为半自动着陆,通过收集的火星轨道图像,由地面人员选择较为广阔的平原地带着陆。但整个火星上,这种大面积的平原地带不足5%,更多的地貌和环境特征,根本无法获得。

如果能实现全自动着陆,意味着火星探测器能前往山地、深谷、干涸湖泊之类更为丰富的地貌,采集更多的火星数据。

“这是一个很有意义的项目,跳脱出我们所处的地球,探索遥远太空里的星辰大海,这种感觉特别好。我们当时就想,不管多难,这个项目一定得做下去。”李惟潇这样说。

但实际的困难,远比他们想象得更多。

人类对火星的空间条件缺乏了解,也缺乏可用的岩石、陨石坑数据,难以算法建模;同时,此前也没人将深度学习的算法用于火星探测,这意味着他们很难找到完整的算法模型做参考,全靠自己摸索。

图 | 通过探测器“全自动着陆”算法模型可以看到精确的陨石坑

另一个棘手的问题是,赶上暑期放假和疫情原因,所有准备只能在线上进行,且仅有2个月时间。为此,大家使出了十八般武艺,克服一切困难。

比如,元哲明和许智博负责的是陨石坑和岩石的检测,火星数据不够,他们就用月球数据来代替、补充;缺少能够参考的着陆点选择的算法模型,李惟潇就疯狂查资料、看论文,在线上求助百度飞桨团队的技术人员,不断验证模型结果。

“算法模型对数据结果要求严苛,一旦有误就需要推翻重新设计。我们的时间有限,用自己的电脑跑模型,至少得一天,但在飞桨上传模型,2个小时就能跑完。对我们帮助很大。”

两个月,在火星奇迹团队不分昼夜的努力下,探测器“全自动着陆”算法模型终于在开赛前顺利完成。“火星车着陆「黑色七分钟」内的障碍识别与规避”项目也成为C4-AI大赛中一道独特的风景线。

回顾忙碌且充实的比赛时光,李惟潇颇为感慨,“完成之后才发现,我们可以做到。不会的可以学,不了解的也可以看前辈的研究。我们完成了这个较为完整的科研工程,这个过程本就收获巨大。”

远方的星辰大海让人心潮澎湃,“身边人”的故事同样动人心弦。

鱼丸面,连接着孙骅伟印象最深的一个场景。

那是一位父亲。当儿子带着鱼丸面去看他,他把面吃完了,但鱼丸却怎么也不肯动。儿子问他为什么不吃鱼丸?父亲回答道:“这是留给我儿子的,他最爱吃。”

明明最惦念的人就在眼前,却因疾病而认不出的感觉,深深触动了孙骅伟……思及逐渐老去的家人,孙骅伟迫切希望能够为阿尔兹海默症群体做些什么。

恰好导师的研究方向就是医疗,自己对脑机接口又感兴趣,一个大胆的想法诞生……

在当前关于阿尔兹海默症的前期筛查里,业界较为先进的方法是检测脑中的Aβ蛋白含量。当老年人患有阿尔兹海默症后,他们脑区中的Aβ蛋白的分泌会有变化。通过对Aβ蛋白的分析能知道这个人是否患有阿尔兹海默症。

但是,这需要从脑脊液提取Aβ蛋白,很多人不愿这样做。很多乡镇的老年人也不知道这种前筛方式,且费用较高,大众无法有效前筛。

因此,孙骅伟和团队成员想到了一个“折中”的办法——在这一基础上转了一个弯,测试脑区信号,因为脑区信号受Aβ蛋白的分泌影响,一个较为准确的脑区信号模型,能建立起脑区信号-Aβ蛋白分泌-是否患有阿尔兹海默症之间的联系,从而有效前筛。

他们会给老年人做“听说读写”测试,并观察他们脑区信号的反应,通过一种曲面的黎曼流形算法进行解析,从而获得结果。他们还和医院合作,招募志愿者,来验证算法并迭代。

图 | 团队成员正在测试

作为比赛的技术支持方,百度的BML平台为他们提供了很多帮助。

孙骅伟和同导师的张佳乐都是“非科班出身”,不擅长做算法运行和代码架构,而几千个前期数据又需要进行精准计算。但好在BML平台对新手友好,很多模型、组件也都能有所参考,让整个团队都能够快速“上手”。

“新手号”一路跌跌撞撞,终于凭借着一腔热血和真诚挺进“决赛圈”。孙骅伟回忆道,比赛过程总是意外频发,特别担心会折在九十九步。但值得庆幸的是,他们不仅取得不错的成绩,更为“阿尔兹海默症前筛”提供了新的可能,迈出了坚实一步。

图 |孙骅伟团队的项目模型

C4-AI大赛,是由教育部牵头,百度参与联合承办的比赛,目前已到第五届,是针对高校学生在AI领域规模最大、最权威的科学竞赛之一,备受学子欢迎。

正值“超级航天年”,百度作为中国探月与航天工程(603698)的人工智能全球战略合作伙伴,本届赛事更是与探月与航天工程中心、嫦娥奔月航天科技(000901)合作,增设“AI+航天”的赛道,鼓励高校学子探索人工智能技术在航天、工业、医疗、教育、金融、交通等多个领域的应用价值。

在此前的比赛中,高校学子们曾研发出“Story Drawer”,让孩子们在画画时,AI项目能根据孩子的绘画内容讲故事,引导孩子不断思考,激发他们的想象力和创造力;也曾打造“医疗伴随机器人”,从医院陪护场景出发,打造具备跟随、监护、报警等功能的机器人,为病患提供及时周全的陪护服务。

学生们擅长从自身专业、个人经历等不同视角出发,用AI把一个个创意落地生花。今年,一个协同空地无人群体的项目摘得“创新组”特等奖。它来自北京理工大学的山海团队,通过无人群体的联合感知,为那些遭遇天灾的人们提供更快的救援。

灾后紧急救援牵动人心。但目前的救援通常只用到无人机或无人车,如果能将二者进行协同,或将可以争取更多救援时间,这成了山海团队的切入点。

无人机和无人车都是以各自收集的数据完整性、探索区域,以及减少消耗为目标进行,但实际上无人机能去的范围更远,但它无法搭载较重的通信资源;而无人车移动速度慢,但可以作为移动基站接收无人机的数据。

图 |山海团队搭建的测试仿真平台,可以看到无人机、无人车合作搜寻的效果

该如何让二者“牵手合作”呢?团队成员思索良久,想到了一个创新方案——尝试用无人群体内在的激励,让他们主动探索没有探索过的领域。

“我们初期的算法很难做到这一点,并且如果无人机、无人车不能很好合作的话,探索的效率会很低。”队长叶语霄这样说。

为了解决这个难题,平时喜欢研究社会心理学的叶语霄想到了“自利和利他”原则,如果驱动算法,让无人车不再以自身收集数据为主,而是更多作为移动通信基站协同无人机,通过“利他”的原则,让无人机和无人车充分利用各自优势,会让整个数据收集更加合理高效。

图| 叶语霄线上答辩

为此,团队连续几天开启脑暴、优化算法、调试,集中力量办大事。经常早上10点上线,一直忙到凌晨1、2点。为了缓解压力,叶语霄还会化身吉他小王子,为大家弹奏歌曲缓解心情。

辛勤付出总会收获回报。由于项目在智慧交通、应急救援等领域有重要应用,已与中国航天等单位开始深入产学研合作,支撑灾后救援等重大公共安全事件响应。

在C4-AI大赛的平台上,还有更多年轻人的技术“火种”被发现、被点燃,在更为广阔的世界形成燎原之势。

在此过程中,需要更多技术信仰者秉烛前行。这也与百度的“500万AI人才培养计划”的初衷不谋而合。

1月10日的百度Create大会上,李彦宏表示:“百度将一如既往为社会、为产业培养AI人才。三年前,我们宣布五年内为社会培养500万AI人才,目前已培养了超过300万。未来,百度会投入更多资源,与各位开发者们一道,为中国AI的发展尽我们最大的努力。”

作为国内的AI领头羊,百度一直在积极推进“人工智能+X”复合型人才的培养。

面向高校,推动校企联合、产教融合,提供全套教学资源包、亿元算力支持,与高校共建课程体系、出版AI教材,举办高校师资培训班、各类AI竞赛等,全方位助力AI人才培养体系的构建。

譬如,除了承办C4-AI大赛,百度还发起百度之星大赛、国际大数据竞赛等相关AI比赛赛,以赛促学,帮助学生更好地理解和实践所学知识,开拓视野,从而赋能他们自我的成长。

在教学上,百度与清华大学出版社联手出版首套产教融合人工智能系列教材,包括《机器学习实践》《自然语言处理实践》《计算机视觉实践》等。

在中小学的产教融合方面,百度也做了一些新的探索和尝试,包括出版了一套涵盖初中高级的中小学AI教辅读物;并在北京奋斗小学开设了人工智能综合素养课程——《大圣教你学AI》,强调中小学生动手实践能力的培养。

在师资方面,自2018年5月起,百度联合国内头部高校,举办深度学习师资培训班,截止目前覆盖1000+所院校的4200+名老师。

在资金扶持上,专门设置百度奖学金、松果基金等,为全球AI领域优秀的青年学者提供高额资金,奖励其的突出贡献。

目前已累计颁发奖金超过千万,覆盖了北大、清华、上海交大、斯坦福、MIT等全球二十多所全球顶尖高校。

与此同时,百度还联合全国11家职业教育集团发布“大国智匠”人才培养计划,为高职院校提供一个覆盖教师、学生群体,集培训、实践学习、项目孵化等于一体的“综合治理”方案。

2022年8月,“大国智匠”激励金共有近 100所职业院校、近600位教师参与,最终20组来自职业院校的项目,获得百度资金与技术支特。

正如我们共同期盼的那样,技术不再是遥不可及的名词,而是正在成为AI新青年们大胆实践、理想的入门券。

人工智能是一门强实践的学科,选手们在比赛中做的项目、学到的知识,在未来也能很好地运用。

在叶语霄看来,灾后救援,是一个非常具体的领域,但其背后的逻辑,即多智能体的协同,却能用于生活中的方方面面,包括自动驾驶、多智能体的游戏问题。

对孙骅伟与张佳乐而言,他们通过这一项目更深入地了解了脑机接口的运用,而他们对脑控无人机等项目同样感兴趣,他们将会学习这一项目的经验,更好地尝试制造脑控无人机。

而专注于深空探测的李惟潇,则会在这一次针对探测器的规避上,进一步探索图形处理的各个模块,望向和探索遥远的宇宙。

他们各自的人生,都因参与这一次的C4-AI大赛而有所成长。而在背后,还有千千万万的与之相似的人因各种各样的培养措施而受益。

在刚刚结束的Create 2022 AI开发者大会上,百度宣布已培养300万AI人才。而叶语霄、孙骅伟、李惟潇,正是其中的缩影,他们通过百度学习AI技术,凭技术实现自己的想法,与百度共同成长。

500万AI人才的培养仍在继续,当越来越多懂技术、懂AI,明白如何用技术赋能生活的人进入到社会,他们终会潜移默化地为社会带来改变。

在大时代下,每一个小人物都值得被看见,每一个小人物都不普通。

我们关注每一个垂直行业的参与者、亲历者,

将视角切换到这些参与到时代变迁、企业进化的人群身上,

通过更专业细腻的笔触,让更多人看见更多人。

先后荣获

2021年百度百家号优质成长力作者

2021年度凤凰新闻大风号影响力TOP50作者

2021年度网易新闻网易号年度影响力作者

2020年度钛媒体年度十大作者

2020年度腾讯新闻企鹅号优秀内容合作伙伴

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