创新科技让服务机器人更“亲民” ----记太原科技大学教授郭一娜
来源：竞技宝电脑版网页 发布时间：2024-12-08 21:41:11
机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，是国家科学技术实力和制造业高端化的重要标志。随着人工智能的发展，机器人已被纳入国家科学技术创新重点领域，成为广大科研人员的重大课题之一。
在当今科技快速的提升的时代，服务型智能机器人正逐渐走进我们的生活，为我们大家带来诸多便利与创新体验。然而，近年来在脑科学融入到服务机器人智能化研究中，在视听觉双模式刺激的脑活动重构上尚且还没有取得突破性进展，任旧存在瓶颈问题亟待破解。
时代芳华，巾帼力量。她胸怀“国之大者”，以自主创新、振兴中华科技为己任，针对当前服务机器人科研中存在的困境进行创新探索，已取得一系列原创性成果，并致力于科研成果的转化，目的是让服务机器人惠及社会，推进发展了新质生产力。为此，她获得山西省科技厅首批“科技副总”荣誉称号。她就是太原科技大学教授郭一娜。
“一直以来，人们对机器人的追求就是：希望机器人足够灵巧、智能，甚至能够与人‘共情’成为人的助手和朋友。”谈到专业领域，郭一娜如数家珍。她告诉我们：“在人工智能技术的助推下，服务型智能机器人能使生活更加智能化。我们一般将服务机器人定义为人类提供服务的机器人，主要有家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。”
“我们慢慢的开始将脑科学的研究加入到服务机器人智能化研究，目的是使得服务机器人思维与人的思维相拟合，处理过程更接近人类的神经活动。”如今，已是山西省运动健康智能装备技术创新中心主任、山西省脑机交互与人机共融科学技术创新人才团队负责人的郭一娜，早已将机器人的科学研究上升到了高度领域。
郭一娜在研究中发现：现有的脑活动重构方法主要是针对视或听觉刺激的单一对象开展研究，在视听觉双模式刺激的脑活动重构上尚且还没有取得突破性进展。尤其是在复杂外界环境的单通道盲源分离和多模态生物信号的融合处理等方面还存在技术瓶颈。
科研就是要破解难题。为攻克技术瓶颈，郭一娜针对面向家庭服务、医疗健康的服务型智能机器人，围绕盲信号处理、生物信号处理与机器学习等方面开展了长期研究工作，并取得了原创性科研成果。
针对复杂外界环境的单通道盲源分离问题，郭一娜首次设计了一对多映射结构，针对建立的多入单出卷积模型，提出可同时分离线性瞬时和卷积混合方式下多路信号的单通道盲源分离方法；针对盲源分离算法存在的相位损失经典问题，建立了针对单通道混合信号的多源相位恢复模型，实现了多个源信号的分离和相位恢复，之后又提出了适用于多维源信号的相位恢复算法；面向不同场景的单通道盲信号处理，给出了具体解决方案。
针对多模态生物信号的融合处理问题，郭一娜建立了多通道EMG信号识别模型，据此研究了结合非线性多尺度最大里莫诺夫函数和柔性神经树的EMG精确识别算法；针对“BCI盲”问题，建立了多通道EEG信号识别模型，提出了结合正则化方法和DENSE模块的LSTM为基础的深度学习系列算法，提高运动模式和想象模式下EEG信号的识别准确性；首次建立了端到端EEG重构语音的模型，结合对偶学习提出了跨域重构网络，从EEG信号中直接解码语音信号，且重构语音近似自然语音。
郭一娜的创新成果在业界引起高度反向，得到了国内外学术界高度评价和引用。“通过单通道针电极获得的神经肌肉疾病EMG数据的分类是极具挑战和活跃的研究课题。……郭一娜教授提出的模型和方法用于EMG特征提取和信号识别，有助于在神经工程领域开展应用。”IEEESeniorMember，澳大利亚悉尼科技大学HungT.Nguyen教授和GaneshR.Naik教授高度评价到。IEEELifeFellow，加拿大渥太华大学EmilM.Petriu教授和IEEESeniorMember，罗马尼亚蒂米什瓦拉Politehnica大学Radu－EmilPrecup教授在其论文中10次引用郭一娜EMG／ME信号识别论文观点。“郭一娜教授所提出的模型和方法是解决盲源分离与相位恢复问题最显著的工作之一。”美国斯坦福大学zler和GordonWetzstein两位副教授在其ICASSP2021论文中高度评述。
近年来，郭一娜先后主持国家级项目3项和省部级项目10余项。在IEEETrans.IP、IEEETrans.IE、IEEEIOT等国内外重要学术刊物和会议上发表学术论文80余篇，其中SCI收录近40篇；出版中文学术专著2部和英文学术专著1部。
由于创新贡献，郭一娜获得诸多专利和奖项：授权国家发明专利10余项；获登记软件著作权6项；担任国际研讨会DESPDC2021主席、国际会议FICMSS2024分会主席；先后获得山西省科学技术进步二等奖、山西省自然科学二等奖、山西省高校科学技术进步二等奖、山西省个人二等功、国际会议FICMSS2024优秀组织奖等。个人还获得山西省优青、山西省高校优秀青年学术带头人、山西省高校“131”领军人才、三晋英才、山西省教授协会颁发的“山西省科技功勋”等荣誉。
科研与育人是郭一娜两大本职工作。她坚持两者相融相促，助力学生成长成才。“言为士则、行为世范”。郭一娜始终将品行端正、道德高尚、胸怀祖国放在首位，将专业相关知识、能力综合作为培养重点，从自身经验与体会出发，根据学生特点，结合国内外研究环境与科技发展前沿，传递积极正面的科研与教学理念，讲究教学艺术，以生为本，注重因材施教。
由于创新教学，郭一娜所教授的课程引得学生们积极反响和好评。在她所教授的信息论课程上，历年来，听课人数常远超真正选课的人数，教室里往往座无虚席。该课程每年会有大量有关专业学生来学习。“这次课程学习为我们的科研思路打开了一扇窗，您从问题出发，由点及线，再由线到面，诠释了why－what－how的问题解决思路，思路清晰、幽默谦逊、充满热情，在您的引领和启发下，让我们对可穿戴设备产生了极大的学习和研究兴趣。”听过郭一娜讲课内容，学生高度赞誉。对此，郭一娜欣慰的表示：“这是对我所付出教学努力的最大褒奖。”
注重品德至上，团队精神培养。这是郭一娜创新科研教学的致胜法宝之一。每学期开学之季，郭一娜都会组织所有研究生及其他小组成员召开学术常识会议，向小组成员传递团队的基本研究理念，引导学生们恪守科研道德，静心做有意义的研究。同时，郭一娜还努力培养每个成员成为“自由精神，独立意志”的研究个体，她每周都会召集研究生及小组成员召开学术例会，针对研究课题中存在的主体问题、难点进行汇报，听取导师及其他小组成员的解决方案，借助集体的智慧攻克课题研究难点。
通过一直在改进教育学生的方式和实践，郭一娜获得诸多荣誉：在2010年太原科技大学中青年教师教学基本功竞赛中荣获二等奖，被学校择优选派参加山西省中青年教师教学基本功竞赛，荣获三等奖并被山西省劳动竞赛委员会记个人二等功；2011年荣获山西省总工会“十大杰出知识女性集体”称号，被授予“巾帼标兵岗”荣誉称号，并荣立集体一等功；2014年荣获太原科技大学“三育人”教书育人先进个人。
热心科普，以科技之光指引未来。这是最美科技工作人员的靓丽展现。郭一娜便是如此，她热情参加到社会工作当中进行科普教育等活动，提升普通民众特别是广大青少年对信号处理、机器学习方法与技术的了解与认识。自2010年起，热情参加山西省“知识产权宣传周”活动、山西省知识产权服务网的“山西省专利成果展示活动”、中国国际高新技术成果交易会等，通过宣传和展示本校优秀成果，与相关企业达成合作意向。为此，2011年荣获山西省科技奉献二等奖。
以科普为契机，促进成果转化，形成新质生产力。在郭一娜的心中始终有一个最美的心愿：让科技成果反哺社会，促进先进生产力。为此，企业、医院等多个场所都有了郭一娜的奋斗身影。自2021年起，郭一娜被聘为山西嘉世达机器人技术有限公司算法高级顾问，她多次赴嘉世达及相关企业为工作人员和实习学生科普信号处理、机器学习知识。并积极促成与山西嘉世达机器人技术有限公司创建校企研究生联合教育基地，促进学生就业百余人。由于创新贡献，郭一娜获得山西省科技厅“2023年首批科技副总”荣誉。
创新驱动发展，以科学技术创新推动更高水平科技自立自强。面向未来，郭一娜和团队将一如既往地聚焦机器人领域的前沿技术，为全国乃至全球机器人产业的发展贡献智慧和力量。（文／王超）
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