河面也有“扫地机器人”?博士团队用科技赋能青山绿水

河面也有“扫地机器人”?博士团队用科技赋能青山绿水 

在清华园荷花池工作的无人驾驶清洁船。

中青报中青网记者 孟佩佩

风景秀丽的清华园荷花池,因朱自清的《荷塘月色》远近闻名。今年上半年,这里来了一位特殊的“保洁员”――欧卡智舶水面环保无人船。按下手机App上的启动键,它便缓缓驶向湖中。与其他船只不同,船上空无一人,“驾驶员”全程都在岸上操作。遇到漂浮的垃圾或水草,船不仅不会避让,还会伸出两条“手臂”迎上去,把它们统统揽进“肚子”里。

就像行驶在河面上的扫地机器人,这艘“打捞神器”由陕西欧卡电子智能科技有限公司(以下简称“欧卡智舶”)自主研发。不过,四五年前,水面无人驾驶仅在军事上有所应用,像这样的民用产品研发尚处“无人区”。

“三无”状态下小步快跑 让技术走进现实

2017年,西北工业大学航海学院博士朱健楠结束国外访学和工作,回国寻求技术转化的机会。机缘巧合下,他和曾经的本科学弟、正在清华大学电子工程系攻读博士的程宇威“一拍即合”。瞄准水面无人驾驶的蓝海,他们决定进行学科专业资源整合,“尽管与空中无人机和陆地无人驾驶车的飞速发展不同,水面无人驾驶在行业应用上还缺少高频刚需产品,但全新赛道大有可为”。

哪些场景能够进行高频应用?又能解决哪些现实问题?朱健楠坦言,“确定大方向时,这些问题我们都还没有想清楚”。直到一次在浙江嘉兴西塘镇旅游,他们找到了技术落脚点。朱健楠还记得那天清晨6点左右,看到两位大爷已经撑着木船捡拾河面垃圾了,“清扫河面垃圾的工作既危险又繁重,内陆河流湖泊相对封闭,无人船技术应用到水面垃圾清理上似乎有很大可能”。

经过一番调研,他们认为,“不管是从国家对生态环保、河湖治理的重视,还是从民生角度考量,以及市场上的空白,研发无人清洁船进行水域维护都将是一件既有社会价值、经济价值,又饱含科技应用价值的事情”。于是,欧卡智舶正式注册成立,朱健楠任公司CEO,程宇威任CTO。

用什么技术打造这样一艘无人船?程宇威说:“最开始我们的想法很简单,就是通过遥控方式操作船来收集垃圾,主要考虑在城市公园湖泊和一些南方城市内河里使用。”但在第一个产品研发过程中,他们又觉得,仅靠遥控器是远远不够的,“因为遥控还是需要一个人一直关注船的工作进展。是否可以让船自己进行河面漂浮物的清扫?”他们又将自主控制导航、环境感知和避障等技术投入研发设计中。

在朱健楠看来,任何创业者都要经历“三无”状态:缺钱、缺人、缺方向。他们也一样:最初的技术团队是俩人的师弟们和同学们,“甚至要去学校奖学金答辩现场去‘挖人’”;没有资金支持研发设计,朱健楠就靠参加创新创业比赛赚奖金、卖配件和杂物去一笔一笔赚。直到拿到第一笔投资,但供应链资源缺乏又成了大问题。他们来到广东东莞,“一家家工厂跑,和工人同吃同住,直到第一台无人驾驶清洁船样机研发制作完成”。

“第一台样机虽然搭载了自主研发的控制模块,但其实是用PVC管拼起来的”,朱健楠很担心,“一直在高校实验室里的他们会是闭门造车”,他们决定“小步快跑”,把第一样机投入实际场景的测试,让产品不断快速迭代。

朱健楠觉得,“做产品就要经过千锤百炼”。他们跑遍了国内大多数的江河湖泊,“想收集更多数据做产品实测,让产品的适应性和可靠度多增加一分”。他笑称,因为公司距离西安丰庆公园很近,在公园金湖上频繁的产品测试,使那里几乎成了他们的“第二个家”。

南京图灵人工智能研究院附近水域的无人停靠岸基。

产品、技术并行 和“天使”客户一起成长

从第一款产品样机到如今已推出三大系列无人驾驶清洁船,3年多来销售出的上百台船只都是团队一艘一艘卖出去的,“第一个半年里可能只找到5位左右的示范客户”。但尽管如此,朱健楠还是很感谢早期的“天使”客户。

“作为创新品类,前几代产品一定会存在各种实际操作问题,我们都会诚恳告知,希望他们能够把使用过程中的问题反馈回来,升级的新产品还会免费赠送。”他记得第一位客户是无锡的一家环保公司,“我们跟公司反复沟通后,他们甚至愿意用企业内的专项研发经费支持我们,共同完成产品迭代”。

有了客户实际应用的问题反馈,他们不断发现了更多需求,产品迭代升级和技术创新发展的速度快了起来。程宇威介绍,“最初研发的两米级无人驾驶清洁船更适用于小型水域,处于大型水域时就显得杯水车薪,因此推出了4米级、5米级的大型清洁船;最初的船类似于家庭扫地机器人的模式进行水面清扫,但其实水面垃圾的分布并不均匀,这就需要船在自主识别垃圾后前往清扫,因此我们又添加了识别技术,并针对垃圾多分布在水域沿边位置,研发了沿边清扫功能;初代产品需要工作人员将船的电池卸下来进行充电,但这种方式不仅具有一定的危险性,还耗费人力,因此我们研发了配套自主充电系统,让船自己返回岸基进行充电,甚至研发了自主脱困功能,被未知障碍绊住时能够自己解决,真正实现无人化作业”。

程宇威还告诉记者,尽管每个水域的水情都各有不同,但他们针对水域类型和水域边缘情况进行了分类,“希望通过几款通用标准化的产品去适应不同水域,在不同水域中存在的细分小问题,我们会通过算法学习等技术让船快速迭代和适应场景”。他们遇到的最复杂的水域场景,是一个两边遮挡比较多的内河,还会有各种各样的桥,“在这里进行无人化作业,就会存在信号定位不好等问题,需要我们自己研发的新的算法去解决问题”。

就这样,根据实际应用需求,小型无人驾驶清洁船已迭代了约三四十次,大型船则有近10次产品迭代,并自主研发了一键启动、自主航行、智能避障、区域清洁、自动返航等技术功能,还针对不同水域定制化模块功能,实现了水域清漂、安防巡检、水质监测、水下割草等一系列水域服务。公司也从最初的两人发展到了现在的80余人,并在今年建立了自己的市场团队。据他们的数据统计,散布在各地的船已清理了超过1万吨水域垃圾。

朱健楠说,尽管直到2020年公司才开始获得大量客户,“但硬科技的周期的确很长,需要市场、客户、投资人等包容我们慢慢地、一步一个脚印地成长。作为新时代科技公司,既要打磨技术不断适应需求和市场变化,面对竞争,还要不断磨练团队”。2020年8月,欧卡智舶完成千万元级A轮融资,由姚期智院士创办的图灵创投领投。此前,他们已经完成两轮融资,其中就有大疆“孵化者”李泽湘参与投资。

现如今,他们研发的无人驾驶清洁船,已在北京南沙河、成都麓湖、武汉沙湖、苏州中央公园和新加坡圣淘沙岛港湾、西班牙巴塞罗那港、英国泰晤士河等国外内水域,开启了工作之旅。

新加坡圣淘沙岛港湾水域工作的无人驾驶清洁船。

每次看到投入使用的船,朱健楠都会觉得“小有成就”,但更多的是,“希望能够在实践中总结出未来朝什么方向继续迭代,用科技力量持续为守护绿水青山作贡献”。关于未来发展,程宇威也谈到,在不断地对水面无人驾驶技术更新优化后,希望能在智能水域交通新赛道上拓宽产品应用范围,“我们在重庆两江新区成功落地了国内首个无人驾驶游船,就像陆地上的无人车、无人巴士一样,希望通过无人驾驶游船的方式,让游客安全、舒适地乘坐,甚至享用一份水上下午茶”。

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作者:机器人产业网
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