帶你走進(jìn)三菱電機(jī)研究實(shí)驗(yàn)室 感受前沿科技魅力

當(dāng)?shù)貢r間2016年10月31日下午，考察團(tuán)一行來到位于波士頓市區(qū)的三菱電機(jī)研究實(shí)驗(yàn)室（MERL），受到MERL副總裁、IEEEFellow張錦云熱情的接待，并由MERL的CEORichardWaters博士為本次考察工作致歡迎辭，介紹了MERL的公司的情況以及MERL研究團(tuán)隊(duì)正在從事的研究工作。

圖1MERLCEORichardWaters博士

RichardWaters介紹，MERL是三菱電機(jī)研發(fā)中心的北美分部，擁有60名高級研究人員，其中包括4名IEEE會士，每年有超過150篇專業(yè)研究成果在重要的會議和期刊上公開發(fā)表。主要從事的研究方向包括電子與數(shù)字通信、媒體處理、數(shù)字分析、空間信息處理、機(jī)械電和優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域的高級開發(fā)工作，并且重點(diǎn)介紹了當(dāng)前MERL正在進(jìn)行的六個研究項(xiàng)目。

六個研究項(xiàng)目包括：

1．電子與通信。研究光通信、高可靠性無線通信、傳感網(wǎng)絡(luò)、光集成電路、無線射頻放大器、無線充電。

2．多媒體。研究可視化數(shù)據(jù)壓縮、壓縮的傳感技術(shù)、聲音增強(qiáng)技術(shù)、私有數(shù)據(jù)保護(hù)。

3．?dāng)?shù)據(jù)分析。研究預(yù)測建模和決策優(yōu)化，主要包括軌道交通的能源優(yōu)化、建筑能源優(yōu)化和分析、能源系統(tǒng)的優(yōu)化和分析。

4．計(jì)算機(jī)視覺。研究機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、計(jì)算地理、計(jì)算圖像處理。主要實(shí)踐包括機(jī)器人自動識別和獲取、自動駕駛識別、3D重建、降維處理、高清晰度的數(shù)據(jù)仿真。

5．機(jī)電一體化。控制算法、系統(tǒng)建模和仿真、非線性動態(tài)系統(tǒng)。主要研究機(jī)器人運(yùn)動控制、衛(wèi)星站位置保持、主動的懸掛、流體動力學(xué)、空調(diào)控制。

在RichardWaters的介紹之后，為了讓來自中國的企業(yè)考察團(tuán)能更直接的感受MERL團(tuán)隊(duì)研究成果，以及對于推動工業(yè)發(fā)展的重要價值，MERL特別安排了研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人分別對各自研究方向的成果進(jìn)行了詳細(xì)展示和介紹。

1、機(jī)器人抓取隨意堆放的物體

MERL的工程師談到，傳統(tǒng)的機(jī)器人在抓取物體時，要求物體的位置堆放整齊，因?yàn)閭鹘y(tǒng)機(jī)器人對物體的空間擺放位置有要求，但MERL研究的機(jī)器人是可以抓取隨意堆放的物體，對物體的空間位置狀態(tài)無任何要求。因?yàn)镸ERL開發(fā)的算法和閃光攝像機(jī)能非常精準(zhǔn)的抓取周圍環(huán)境及物體的狀態(tài)信息。隨后MERL的工程師還通過安裝在Pad上的攝像頭隨意掃描并抓取周圍的環(huán)境，Pad系統(tǒng)上就自動進(jìn)行三維環(huán)境的重建。目前，MERL開發(fā)的閃光攝像機(jī)及三維建模算法能快速而準(zhǔn)確抓取并周圍環(huán)境。

圖2MERL工程師演示抓取周圍環(huán)境并進(jìn)行建模

五軸增材制造技術(shù)

MERL工程師介紹，傳統(tǒng)的增材制造或3D打印技術(shù)普遍所采用的方法是逐層疊加的方式來快速生成模型，但這種加工方式并沒有將產(chǎn)品的應(yīng)力和強(qiáng)度問題考慮進(jìn)去，并不會考慮對產(chǎn)品的使用情況進(jìn)行有限元分析。這也使得這種3D技術(shù)打印出來的產(chǎn)品并不具備實(shí)用性，這也是為什么在工業(yè)領(lǐng)域，3D打印產(chǎn)品大多只能用于產(chǎn)品快速成型和建模。

但MERL正在研究的五軸增材制造技術(shù)，將產(chǎn)品的應(yīng)力和強(qiáng)度都考慮在內(nèi)，通過對模型進(jìn)行應(yīng)力和強(qiáng)度分析，就可以在需要的強(qiáng)化的地方進(jìn)行更致密的材料打印。因?yàn)镸ERL研究的3D打印技術(shù)是五軸加工，可以理解為將五軸加工和3D打印技術(shù)融為一體，從五個不同的方向來打印模型，在應(yīng)力和強(qiáng)度要求高的地方進(jìn)行更加致密的材料疊加，使打印出來的產(chǎn)品更具可使用性。不但可以用于產(chǎn)品的快速成型，而且還能進(jìn)行產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。

圖3五軸增材制造技術(shù)

高速高精度機(jī)床的最優(yōu)控制技術(shù)

傳統(tǒng)的機(jī)床在同一方向只有一個執(zhí)行器，這無法讓機(jī)床的加工效率達(dá)到最優(yōu)。這也是目前機(jī)?應(yīng)用普遍希望能改善和優(yōu)化的地方。而MERL正在從事的高速高精度機(jī)床最優(yōu)化控制技術(shù)，就是通過改進(jìn)執(zhí)行器算法來提升機(jī)床的生產(chǎn)加工效率。因此，MERL的機(jī)床最優(yōu)控制算法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在同一個方向上設(shè)計(jì)兩個執(zhí)行器，讓兩個執(zhí)行器能根據(jù)最優(yōu)控制算法進(jìn)行有效的工作協(xié)同。目前，與未應(yīng)用優(yōu)化控制技術(shù)的機(jī)床相比，高度高精度機(jī)床最優(yōu)控制技術(shù)能讓加工速度提高10%到40%，同時由于不需要執(zhí)行器反復(fù)的降速和加速，從而能讓機(jī)床的運(yùn)動更為平滑，最高節(jié)能50%。

意識感知

談到意識感知，我們可能會想到超能力。但MERL的工程師告訴我們，意識感知是完全可以通過技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)這一夢想的。最近在他們的研究中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用腦電波對輪椅的控制、腦電波實(shí)現(xiàn)汽車自動巡航等功能。MERL工程師認(rèn)為，他們完全可以利用低成本可穿戴傳感器（腦電、機(jī)電）和其他非接觸型（如相機(jī)、語音）傳感器，用于智能腦機(jī)交互，以及汽車和制造業(yè)中的事故回避系統(tǒng)。同時，MERL工程師經(jīng)過大量實(shí)踐證明，就像人的指紋一樣，每個人的腦電圖也都不相同。因此，他們認(rèn)為腦電圖將來完全可以作為一個重要生物識別特征來區(qū)分不同的人。

1Tbps光纖通信系統(tǒng)

MERL的工程師認(rèn)為，隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及和深入，人們需要更快的光纖通信系統(tǒng)。現(xiàn)有最快的光纖通信系統(tǒng)傳輸速率可以達(dá)到100Gbps，但通過與倫敦大學(xué)的合作，MERL已經(jīng)成功在現(xiàn)有的單模光纖上實(shí)現(xiàn)了1Tbps的數(shù)據(jù)傳輸。這種被稱為多子載波技術(shù)能在一個單模光纖里同時傳輸11個載波信號，而為了防止載波之間的信號干擾，在信號發(fā)射之前，需要插入?yún)⒖夹盘枺l(fā)送端和接收端都知道參考號后，因此，接收端設(shè)備可以利用參考信號的變化來彌補(bǔ)信道損耗，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和均衡。

圖4多子載波技術(shù)

聲道分離技術(shù)

假如我們只有一個麥克風(fēng)，但有多個人同時講話，那么，有沒有辦法將多個人的講話單獨(dú)區(qū)分出來？這也是MERL當(dāng)前研究的一個方向，目的是將混合信號進(jìn)行分離。MERL工程師介紹，他們在做這個研究的時候，希望這個方法能獨(dú)立于聲音信號的類型，從而能適用于不同的聲音類型，并能區(qū)分任何個數(shù)的不同聲源。目前，傳統(tǒng)的優(yōu)化算法能達(dá)到的信噪比改進(jìn)為3.1dB左右，而MERL的端到端算法能達(dá)到10個dB左右，在這一算法優(yōu)化過程中大量使用了機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的方法。

圖5MERL工程師講解多聲道分離技術(shù)

對于MERL工程師展示的研究成果，考察團(tuán)的企業(yè)家普遍到中日企業(yè)之間的研發(fā)差距，也深刻認(rèn)識到把握這些影響未來發(fā)展方向的前瞻性技術(shù)的重要性，同時還深切感受到了一種危機(jī)感。隨團(tuán)考察的李培根院士也提到當(dāng)初帶團(tuán)到溫州考察當(dāng)?shù)仄髽I(yè)發(fā)展的一段經(jīng)歷，并認(rèn)為中國企業(yè)普遍只看重研究成果能否快速轉(zhuǎn)化和投產(chǎn)，看重的是短期的收益回報(bào)，對長遠(yuǎn)的技術(shù)儲備和研發(fā)普遍不感興趣。如果不去改變這種現(xiàn)狀，這種信念的缺失將讓未來的中國制造業(yè)陷入危機(jī)，同時也希望政府、企業(yè)和院校能在學(xué)習(xí)歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的工業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的同時，找到一種方法來鼓勵企業(yè)有意愿持續(xù)加大對影響未來工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)的研究。