[中国科学报]余芳文和他的“三维导航脑”

余芳文（右一）参加2019年国际大学生类脑计算大赛。

　　两年前，为了智能导航的梦想，他揣着创业项目拿到的12万元奖金，只身奔赴大洋彼岸的澳大利亚昆士兰科技大学求学，开启了一段未知的人生旅程。

　　两年后，他带着原创性成果“王者归来”，在清华大学举办的2019年国际大学生类脑计算大赛上，一举击败200多个国内外知名高校团队，夺得大赛唯一的创新特等奖，获得30万元奖金。

　　他是光芒万丈的创业先锋，也曾是一贫如洗的留学博士。如今，他已是中国地质大学（武汉）的“科研牛人”——地理与信息工程学院博士生余芳文。

　　受诺奖启发，做三维类脑导航研究

　　所有的一切都要从中国地质大学（武汉）北区创业孵化器办公室308室开始说起，这是余芳文梦想开始的地方。

　　2009年，还在读大二的余芳文和几个志趣相投的同学，挤在导师、中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院教授尚建嘎为他们腾出的小房子里，做室内定位研究。他们敲代码、查论文、找方向，不断在探索和试错中徘徊前进。

　　2015年，正值国家鼓励“大众创业、万众创新”的时机，正在读博一的余芳文带头成立了武汉市金钉子导航与位置服务有限责任公司，致力于研发认知导航云脑核心技术，并预研两款应用产品：物品位置管家和认知导航助手。

　　家里长辈经常因找不到东西而烦恼，他便想开发一些程序产品为人们提供生活辅助。他的产品可以做到精细化定位，精确到米级。

　　带着这个项目，他几乎将全国各类创新创业比赛奖项都收入囊中，还获得了学校、武汉市和湖北省各级别的大学生创业扶持基金。他将所有比赛获得的奖金购买了智能手表、智能眼镜和机器人小车，用于认知导航核心技术的攻关及应用产品的预研。

　　“这些机器人能更智能吗？”“他们能像人脑一样进行三维导航吗？”“大脑到底是如何处理空间信息的？”……优秀的创业成绩并没有让余芳文停止对技术的探索，这些问题时不时就会从他的脑袋里冒出来。

　　直到2014年，诺贝尔生理学或医学奖颁布的那天，该奖项得主发现，人类大脑的导航系统由位置细胞、网格细胞和其他一些细胞组合构成，余芳文脑中的一些疑问才有了合理的解释。他灵光乍现，能不能将人类的三维空间认知和三维导航的神经机制，在机器人上进行实现，让机器人具备像人类一样的三维空间认知和三维导航能力？

　　于是，一个大胆的想法诞生了，“我想做三维类脑导航研究！”

　　远赴异国，破解科学难题

　　这个大胆的想法让他异常兴奋。

　　随着了解的深入，他发现关于三维导航的技术研究非常少。由此，他将目光转向昆士兰科技大学。该校教授迈克尔·米尔福德是该领域的专家，他所在团队基于二维导航神经细胞机制，为机器人开发了一套类脑二维导航系统。迈克尔的工作可以为开发新的类脑三维导航细胞模型提供一些技术思路和方法。

　　尚建嘎鼓励余芳文去追寻梦想。但是，由于当时的想法并不成熟，他并没有申请到公派出国做联合培养博士的机会。

　　余芳文的老家在甘肃农村，家里以种苹果为生，全家一年总收入仅1万余元，根本没有办法为他提供经济支持。

　　“我一定要去！”刚刚拿到的12万元创业扶持基金成了余芳文的救命稻草。他揣着12万元全部家当，只身奔赴大洋彼岸的昆士兰科技大学求学，他不知道未来等着自己的是什么，但他不想让自己后悔。尚建嘎知道余芳文的情况后，在余芳文没有在学校做助研的情况下，依然为他发放了两年的博士生补助。

　　怎样设计一种人工神经网络，然后把这些神经细胞模型建模，为机器人开发全新的类脑三维导航技术？神经科学家关于大脑三维导航神经机理的研究还有很多技术难题需要攻克，余芳文的研究也因此极具挑战。

　　他从最简单的一维模型开始，再研究二维导航，经过一年多的时间，积累了扎实基础和丰富经验，开始探索类脑三维导航难题。

　　他要求自己按照6个“1”来开展一天的学习研究，每天思考1个问题、研读1篇文献、编码实现1个具体方法和模型、坚持运动1小时、聆听1首欢快的音乐、练习1小时英语。两年积累下来，余芳文列出的具体问题和任务超过1000多个。

　　在思考、探索、实践的往复迭代中，余芳文逐步解决了三维动态环境中，机器人在4自由度、5自由度、6自由度运动模式下的三维同步定位与制图中的难题，完成了从大脑三维导航神经机理、三维导航细胞计算模型，到类脑三维同步定位与制图应用的探索实践。这些工作为进一步揭示大脑三维导航神经机理和开发机器人类脑三维导航技术，奠定了坚实的基础。

　　他将所有时间、精力投入实验室，在感兴趣的研究领域遨游，如鱼入水，乐在其中。

　　在生活上，为了节省开支，两年里他给自己理发。不管刮风下雨，他每天都坚持骑一个多小时自行车上下班。他经常周末骑车10余公里，去社区市场购买打折的蔬菜、水果，准备接下来一周的食材。2018年4月，余芳文的爷爷因病去世，由于手头拮据，他甚至没能回来参加爷爷的葬礼，这成为他心中最大的遗憾。

　　一举夺魁，“三维导航脑”不是梦

　　2019年，余芳文带着最新研究成果回国，参加了清华大学举办的国际大学生类脑计算大赛，并一举夺得唯一的创新特等奖，获得了30万元的奖金。

　　余芳文的成果表明，创造一种像人类一样进行三维导航的智能机器人，不再是遥不可及的梦想。机器人可以像人一样感知外部环境，自主学习空间经验，并进行记忆和处理，最终像人一样精准自主导航。类脑三维导航技术将来可广泛应用于陆地、海洋、天空，甚至太空中的自主机器人和车辆，让机器人更好地服务于人类生活。

　　“众望所归！”大赛评委对余芳文的研究给予了高度评价：“余芳文是我国甚至是国际上最早开展类脑三维导航研究的科研工作者。他的创新性研究工作对类脑三维导航做了系统性的探索和实践，填补了这一新兴研究领域的空白。”

　　中国科学院院士、中国地质大学（武汉）地球科学学院教授殷鸿福是余芳文的偶像。他最初的创业公司取名“金钉子”，也是为了向偶像致敬。“经常看到殷院士在校园内散步，殷院士的每一场报告我都会去听，他‘二十年甘坐冷板凳，一门心思做科研’的经历，以及他发现并确认了地质学中的‘金钉子’（地层的年代可分为前古生界、古生界、中生界和新生界，每个界又可分为多个系，系与系之间的全球标准被称为‘金钉子’）的故事，鼓舞我前进。”余芳文说。

　　2019年回国时，余芳文全部家当仅剩几千元。他和还在攻读世界经济学博士学位的妻子一起租住在一所很小的房子里，没有经济来源，也没有生活补助，但他们很乐观，“面包会有的，一切都会有的”。

　　余芳文希望花10年甚至更长的时间继续推进类脑三维导航领域的研究，创造像人类一样进行三维导航的智能机器人，让未来机器人拥有人类一样的“三维导航脑”。　《中国科学报》 (2020-01-07 第8版 学人)