為飛行器賦予人類智慧
——記重慶大學航空航天學院副教授吳宇

杜月嬌

說起無人機，很多人的第一印象就是其拍攝的那些讓人驚嘆的航拍照片或視頻攝像。近年來，無人機已從最初的軍事應用擴展到城市環境中的各種任務。利用無人機收發快遞；應用無人機進行治安維護、疫情檢測、空中客運……未來更多新技術的推廣可能給這些領域發展帶來革命性突破。與此同時，加大開放低空空域的力度、發展以無人機為代表的通用航空產業，對社會、經濟的發展也具有積極意義。在這一背景下，如何讓無人機等飛行器變得更加智能，安全高效完成復雜任務，將對相關產業發展起到關鍵性作用。

“我們現在所做的工作就是為飛行器賦予人類的智慧，讓它學會像人一樣去思考、解決問題。”重慶大學航空航天學院副教授吳宇說。面向國家之所需，提高飛行器的自主飛行能力，吳宇多年來在飛行器智能控制、規劃與決策研究中篤行不輟，研究對象涉及無人機、高超聲速飛行器、多模式運動飛行器等。他深信，通過為飛行器賦“智”，必將會大大提高未來社會各領域的運行效率，打造出一幅新的社會圖景。

吳宇

飛行器設計——從懵懂到熱愛

在空中翱翔是一種夢想，是一種情懷，是人類不安于現狀的最好證明。很早以前，在天空中飛行被認為是一項不可能完成的任務，但隨著人們想象力的提升和科學技術的進步，這一切都慢慢成為現實。無人飛行器的出現，更是將科技推向了一個新的階段。

在上大學之前，吳宇對這一領域的了解并不多。學理科出身的他，原本的目標就是學習與工程相關的專業。在吳宇從小的認知中，和飛機相關的專業都十分“高大上”。“那時候我就在想是不是學了飛機設計，關于地面車輛及一些其他機械設備的設計就都能搞定了。”他說。就這樣，吳宇于2007年9月進入南京航空航天大學飛行器設計與工程專業學習。大學4年，他在這一領域打下了扎實的專業基礎。隨后他又成功考入北京航空航天大學航空科學與工程學院，師從飛行動力學與控制領域知名專家屈香菊教授，繼續飛行器設計專業的碩博連讀。

在屈香菊教授的指導下，吳宇對飛行器任務規劃這一課題的興趣愈加濃厚，并學會了在科學研究中如何將復雜的工程問題進行拆分、簡化，并一步步入手解決其中的關鍵科學問題。“屈老師嚴謹的學術態度與傳授的學術論文寫作方法使我受益終身，為我工作后在飛行器智能控制與決策領域獨立開展科學研究打下了堅實的基礎。”吳宇說道。

深耕多年——飛行器智能控制成果頗豐

為適應國家和西南地區航空航天事業的發展需求，重慶大學于2013年12月26日正式成立航空航天學院。作為土生土長的重慶人，同時也是航空航天領域的科研工作者，2016年9月，吳宇決定回到故鄉，繼續自己在飛行器控制、規劃與決策領域的科研建設與探索。

在剛參加工作時，吳宇以博士期間與屈香菊教授團隊合作的課題資源為基礎，更加深入研究不同類型飛行器的軌跡優化問題，并且關注多源信息融合與多模式飛行等前沿熱點。“不能局限于學術研究與發表論文，研究要與國家重大發展戰略相結合才能體現其價值”。秉承這一理念，吳宇開始關注各種項目指南，在2017年申請到了領域基金項目，又將自己的研究對象延伸到了跨介質飛行器。“隨著空-海一體化的建設思路，我們希望有能夠同時具備空中飛行與水下潛行能力的載運工具。”吳宇說。

為了能夠打開自己的科研視野，將研究水平上升到更高的臺階，2019年，吳宇申請前往新加坡南洋理工大學機械與宇航學院進行博士后工作。正是在這個時期，他在飛行器智能控制領域的研究有了質的飛躍。在他的研究經歷中，基于智能優化理論設計各種任務場景下的飛行器任務規劃與決策算法是一條主線。然而，設計這類算法求解規劃與決策問題的優勢體現在何處？怎樣針對性地改進這類算法以提高其解決具體問題的性能？如何根據飛行器航跡規劃問題的特點選擇最合適的算法進行求解？這一系列的問題，其實早已困擾吳宇很久，當時也沒有相關文獻對此進行深入探究。

Swarm and Evolutionary Computation

在南洋理工大學，吳宇加入了空中交通管理研究所（Air Traffic Management Research Institute）。這個研究所由新加坡民航局出資和南洋理工大學合作開設，并聘請了航空界全球頂級的專家對項目實施的全過程進行監督。在這里，吳宇和研究團隊成員們針對無人機空中交通管理問題開展研究，研究也同時獲得了國家自然科學基金的資助。考慮到未來會有越來越多的用戶申請使用無人機，由于低空空域容量有限，如果不加以限制，則會造成沖突。因此，針對無人機的不同運行模式，以及離線與在線兩種情況，吳宇及其團隊設計了多用戶沖突解決策略，生成了無人機飛行方案，提高了無人機工作安全與效率，為無人機空中交通管理系統的開發提供了理論依據與技術支撐。

志存高遠——腳踏實地的科研逐夢路

“AirMatrix”無人機空中交通管理仿真系統

2021年9月，吳宇回到重慶大學，繼續他的教學科研工作。此時，他也從初出茅廬的學術新秀逐漸成長為在領域小有名氣的專家。學術期刊約稿、客座主編邀請、優秀審稿人等稱號接踵而至。行業內多個研究院所主動向他尋求項目合作、邀請他擔任特聘專家等，都是對他長期以來在飛行器智能控制與決策領域研究取得成績的認可。

吳宇在南洋理工大學空中交通管理研究所

迄今為止，吳宇已經在國內外學術期刊會議上發表論文60余篇，其中以第一/通訊作者發表《科學索引擴展版》（SCIE）論文34篇，主持各類科研項目十余項。因其在相關領域做出的突出科研成果，吳宇于2021年成功入圍“斯坦福全球前2%頂尖科學家”榜單。榮譽的獲得，對于吳宇來說是莫大的鼓勵，但他明白現在遠不是停下來的時候，未來還有更多更值得研究的問題等著去解決。面向未來，吳宇認為：“無人機集群的應用是這一領域的大勢所趨。除此之外，無人機與其他載運工具之間的協同與平臺構建，也是重要發展方向之一。”吳宇說。現如今，他正在基于深度強化學習理論探索無人機集群智能博弈與無人系統設計方法，一切工作都在有序進行中。

不積跬步無以至千里。作為一名青年教師，吳宇深知自己在科研之路上還需要不斷地錘煉與積累。近些年來，他正在逐步與國內相關領域團隊建立穩定的合作關系，隨著今后5年或者10年的科研歷練，他希望能夠聯合多團隊力量，共同承擔一些國家戰略層面的科研項目，以此來發展與鞏固他們在飛行器控制、規劃與決策領域的研究成果，逐步將團隊打造為國家發展無人機產業的中堅科研力量。