聚焦前沿，走进三菱电机研究实验室

    当地时间2016年10月31日下午，考察团一行来到位于波士顿市区的三菱电机研究实验室（MERL），受到MERL副总裁、IEEE Fellow张锦云热情接待，MERL的CEO Richard Waters博士为本次考察工作致欢迎辞，并介绍了MERL的公司的情况以及MERL研究团队正在从事的研究工作。
 

    图1 MERL CEO Richard Waters博士

 

    Richard Waters介绍，MERL是三菱电机研发中心的北美分部，拥有60名高级研究人员，其中包括4名IEEE会士，每年有超过150篇专业研究成果在重要的会议和期刊上公开发表。主要从事的研究方向包括电子与数字通信、多媒体处理、数据分析、计算机视觉、机械电子和优化技术领域的高级开发工作，并且重点介绍了当前MERL正在进行的六个研究。

 

    六个研究包括：

 

    1．电子与通信。研究光通信、高可靠性无线通信、传感网络、光集成电路、无线射频放大器、无线充电。

 

    2．多媒体。研究可视化数据压缩、压缩技术、声音增强技术、数据保护。

 

    3．数据分析。研究预测建模和决策优化，主要包括轨道交通的能源优化、楼宇能源优化和分析、能源优化和分析。

 

    4．计算机视觉。研究机器学习、深度学习、计算地理、计算图像处理。主要实践包括机器人自动识别和获取、自动驾驶场景识别、3D重建、高清晰度的数据仿真。

 

    5．机电一体化。控制算法、系统建模和仿真、非线性动态系统。主要研究最优运动控制、卫星站位置保持、半主动悬挂控制技术、流体动力学、空调控制。

 

    在Richard Waters的介绍之后，为了让来自中国的企业考察团能更直接的感受MERL团队研究成果，以及对于推动工业发展的重要价值，MERL特别安排了研究团队负责人分别对各自研究方向的成果进行了详细展示和介绍。

 

    1、机器人抓取随意堆放的物体

 

    MERL的工程师谈到，传统的机器人在抓取物体时，要求物体的位置堆放整齐。但MERL研究的机器人可以抓取随意堆放的物体，对物体的空间位置状态无任何要求。因为MERL开发的算法能非常精准地抓取与重构周围环境及物体的状态信息。随后MERL的工程师通过安装在Pad上的摄像头随意扫描并抓取周围的环境，Pad系统上就自动进行三维环境的重建。
 

    图2 MERL工程师演示抓取周围环境并进行建模

 

    五轴增材制造技术

 

    MERL工程师介绍，传统的增材制造或3D打印技术普遍所采用的方法是逐层叠加的方式来快速生成模型，但这种加工方式并没有将产品的应力和强度问题考虑进去，这也使得这种3D技术打印出来的产品强弱不均，在某些方面较弱，这也是为什么在工业领域，3D打印产品大多只能用于产品快速成型和建模。

 

    但MERL研究的五轴增材制造技术，将产品的应力和强度都考虑在内，通过基于有限元模型应力和强度分析设计最优打印路径，使得在需要的强化的地方进行更致密的材料打印。因为MERL研究的3D打印技术是五轴加工，可以理解为将五轴加工和3D打印技术融为一体，从五个不同的方向来打印模型，在应力和强度要求高的地方进行更加致密的材料叠加，使打印出来的产品更具可使用性。不但可以用于产品的快速成型，而且还能进行产品的批量生产。

    图3 五轴增材制造技术

 

    高速高精度机床的最优控制技术

 

    传统的机床在同一方向只有一个执行器，这限制了机床的加工性能。这也是目前机床应用普遍希望能改善和优化的地方。MERL的高速高精度机床最优化控制技术，就是通过改进执行器算法来提升机床的生产加工效率。因此，MERL的机床最优控制算法利用同一个方向上的两个执行器，让两个执行器能根据最优控制算法进行有效的工作协同。目前，与未应用优化控制技术的机床相比，高度高精度机床最优控制技术能让加工速度提高10%到40%，同时由于不需要执行器反复的降速和加速，从而能让机床的运动更为平滑，最高节能50%。

 

    意识感知

 

    谈到意识感知，我们可能会想到超能力。但MERL的工程师告诉我们，意识感知是完全可以通过技术手段来实现这一梦想的。利用意识感知技术可以实现脑电波对轮椅的控制、对汽车自动巡航的控制功能。他们正在研究利用低成本可穿戴传感器（脑电、机电）和其他非接触型（如相机、语音）传感器，用于智能脑机交互，以及汽车和制造业中的事故回避系统。同时，MERL工程师经过大量实验证明，就像人的指纹一样，每个人的脑电图也都不相同。因此，他们认为脑电图将来完全可以作为一个重要生物识别特征来区分不同的人。

 

    1 Tbps光纤通信系统

 

    MERL的工程师认为，随着互联网应用的普及和深入，人们需要更快的光纤通信系统。现有最快的光纤通信系统传输速率可以达到100Gbps。MERL已经成功在现有的单模光纤上实现了1Tbps的数据传输。这种被称为多子载波技术能在一个单模光纤里同时传输11个载波信号，而为了防止载波之间的信号干扰，在信号发射之前，需要插入参考信号，发送端和接收端都知道参考号后，因此，接收端设备可以利用参考信号的变化来弥补信道干扰和损耗，从而实现补偿和均衡。通过与伦敦大学的合作，MERL已经实验验证了1Tbps传送速率。
 

    图4 多子载波技术

 

    声源分离技术

 

    假如我们只有一个麦克风，但有多个人同时讲话，那么，有没有办法将多个人的讲话单独区分出来？这也是MERL当前研究的一个方向，目的是将混合信号进行分离。MERL工程师介绍，他们在做这个研究的时候，希望这个方法能独立于声音信号的类型，从而能适用于不同的声音类型，并能区分任何个数的不同声源。目前，传统的分离算法能达到的信噪比改进为3.1dB左右，而MERL的端到端算法能达到10个dB左右，在这一算法优化过程中大量使用了机器学习和深度学习的方法。
 

    图5 MERL工程师讲解多声道分离技术

 

    对于MERL工程师展示的研究成果，考察团的企业家普遍感到中日企业之间的研发差距，也深刻认识到把握这些影响未来发展方向的前瞻性技术的重要性，同时还深切感受到了一种危机感。随团考察的李培根院士也提到当初带团到温州考察当地企业发展的一段经历，并认为中国企业普遍只看重研究成果能否快速转化和投产，看重的是短期的收益回报，对长远的技术储备和研发普遍不感兴趣。如果不去改变这种现状，这种信念的缺失将让未来的中国制造业陷入危机，同时也希望政府、企业和院校能在学习欧美等工业发达国家的工业发展经验的同时，找到一种方法来鼓励企业有意愿持续加大对影响未来工业发展的前沿技术的研究。
 

    MERL副总裁、IEEE Fellow张锦云与考察团部分成员合影