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赵春晖:科研马拉松,跑最远才是王道

巾帼风采 2024-10-08 14:58:56

29岁博士毕业,3年海外博士后经历,回国以特聘研究员身份入职浙江大学,35岁成为教授,赵春晖在“控制”领域不断拓展“控制科学”研究的边界。

赵春晖:浙江大学控制科学与工程学院教授,华东交通大学学术副校长,浙江大学求是特聘教授、博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者,获第19届中国青年女科学家奖

初次见到赵春晖,是在第19届中国青年女科学家奖揭晓仪式上。扎着低低的短马尾,戴着一副圆眼镜,俨然一副学生模样。殊不知,看上去尚显“稚气”的她已是浙江大学博士生导师、国家杰出青年科学基金获得者。

赵春晖从事的是“控制科学”研究。对此,她打了个比方:就像医生给人看病,通过化验指标,结合自己的经验,对病情做出判断;而她的研究正是通过对分析对象或者系统实时采集数据的“望闻问切”,来分析判断它是否在平稳有效运行。

从数据中挖掘信息

2010年,控制科学与工程专业博士毕业的赵春晖,正在香港科技大学做博士后。当时,她正考虑对自己的职业生涯进行一次大胆的领域切换——去美国加州大学圣塔芭芭拉分校研究糖尿病。

横跨工业和医疗两个领域,在外人看来有些匪夷所思,但对赵春晖来说,这样的跨界恰是“控制科学”的魅力。

“抛开对象不同,研究载体表现其实就是数据,包括高低频数据、文本数据、图像数据等,本质上都是如何从数据中挖掘信息去解决具体问题。”赵春晖说。

当时,赵春晖的美国导师研究领域很多,她原本没有特别明确要去做什么。线上面试时,她讲起了自己的“间歇过程”研究,一种把塑料原材料制作成各种成品的成型设备——注塑机的工作过程是典型的间歇过程,即原料按照预先设定好的加工顺序转化为一个或一批产品,并通过过程循环往复获得更多同类产品的加工过程。

美国导师敏锐地发现,这个过程和血糖的周期性变化颇有共通之处。人在一天中吃早中晚三顿饭,可能会遵循一些活动或者运动模式,每个工作日中血糖可能呈现出比较规律的变化模式,每一天都是一个广义上重复的过程,这让每天的血糖变化具备了“间歇过程”的特性。就这样,赵春晖跳入了一个全新的研究领域,并走出了自己的另类之路。

“在科研活动中,会因为不同时机和机遇接触不同的对象、涉及不同的领域。但是,本质上都是要找准一个对象去解决问题。而如何去解决问题的出发点、思路是相通的。”自那以后,她还做过多次研究对象的切换,智能发电、卷烟生产、芯片封装、人工胰脏……她的课题和专利列表丰富多彩。在不同领域“丝滑”切换,其实是她善于抓共性核心问题的结果,她不断跳出舒适圈,在“控制”领域拓展着“控制科学”研究的边界。

赵春晖一有时间,就会到学生实验室指导学生

把专业所长嵌入国家重大需求

在人工智能+时代,各个领域对它的应用加持都充满遐想,而赵春晖却冷静表示,工业领域的人工智能其实还存在瓶颈。

在她看来,对于工业领域数据的分析,不仅要“知其然,知其所以然”,还有极高的精度要求。“在互联网领域,比如网购,大数据将商品推荐到每一个人时,我们都可以基于自身需要和知识对推荐结果做出判断和选择。但在工业领域的核心业务中,数据分析结果则是应用于高温高压、高速运行的机器上,即使是0.01%的误差,也可能‘失之毫厘,谬以千里’,导致严重后果。”这也是人工智能大数据在工业领域难以大范围推广应用的原因所在。

7年前,赵春晖有一个和能源集团合作的项目,主攻燃煤发电设备监控研究。当时,国际国内在燃煤发电领域已经有了很多智能监控软件,但厂家使用后效果不理想,频繁出现误报漏报情况。

赵春晖带领团队做现场调研,把主流的监控软件都分析了一遍。拆开算法的“黑箱”之后,发现不少问题。比如,一套国外引进的软件,默认电厂使用的煤以及发电负荷都是比较均质稳定的,但国内的实际情况是,燃烧的煤来自天南海北,内蒙古、山西、陕西……煤种差异很大,这就导致“输入”端的不同。再加上,国内煤电会跟随用电负荷变化,频繁改变发电机的输出力,具有典型的深度频繁变更负荷问题。国外监控软件是面向国外的适用场景和问题研发的,没有考虑到中国的具体情况,直接照搬过来,难免会出现“水土不服”。

这时,对“间歇过程”的研究再次发挥了作用。赵春晖发现,不管发电设备运行状态如何在时间上呈现出无序非平稳变化,本质上仍是在控制系统影响之下,随负荷指令在有限工作状态区间内变化。找到时间无序变化中的规律和驱动条件,她提出了“条件驱动多模式”的建模理念和技术方案,虚警问题得以解决,这个项目为赵春晖后续与其他电厂的持续合作奠定了基础。

“很多人戏称深度学习是当代的‘炼金术’,总觉得只有用深度学习的方法才能体现出人工智能的高深,其实没有这个必要。所谓‘杀鸡焉用宰牛刀’,要根据对象来选择合适的手段解决问题,并且能够在生产中发挥作用,这才是工业领域大数据分析所看重的。”赵春晖说。

作为高校老师,赵春晖希望控制科学专业的学生要面向国家重大需求,在工业领域发挥所专所长。“科研要慢慢聚焦,专长领域不能没有核心,不能太杂太乱,要慢慢聚焦,找到国家重大需求和自己擅长点能结合的地方,再做深入突破。”她是这么教的,也是这么做的。

把大梦想拆分成一个个小目标

赵春晖是很多老师口中的“最好的学生”“拼命三娘”,但她始终觉得自己是属于“比较笨和慢热型”的那类人,有着近乎强迫症般的努力。

“我出生在山东农村,那个年代家长只有一种朴素的想法——‘考出去,吃公家饭’。虽然家庭条件不好,但是需要为学习出钱出力时,父母从来没有犹豫。”读高中时,赵春晖得到了父母用家里原本留着买家畜的钱换来的随身听。

“我从小比较要强,每个阶段都有一个当下目之所及的梦想或目标。每次当我进入一个新阶段,便会在那个氛围中自然而然往更好的方向去努力,不断更新目标、不断成长。”赵春晖说。

从赵春晖长年整理和记笔记的习惯中可见她的努力。她的网络个人主页如同一个贴满索引的、方便学生查阅的笔记本。除了“个人简介”“科研项目”“教学与课程”等基本分页外,还设有“本科生纳新通知”“我的学生”“算法开源”“News!!!”等个人风格十足、信息量巨大的个性信息分页。

除了努力,赵春晖也遇到了“最好的老师们”。在她看来,她的逻辑表达能力是在初中阶段奠定的,那时语文老师常常把她的作文当范文,让她倍受激励;博士生导师常常用一整个下午的时间与她讨论研究思想、修改论文,塑造了她做科研、当导师的严谨态度……

现在,轮到赵春晖自己变成那个帮助学生们打开未来之门的人。作为工科的一个分支,控制学科的学生要和企业打交道,她指导学生在企业一线调研、实践。她还把自己视为桥梁,先用通俗易懂的语言沟通清楚企业的需求,再“翻译”成学生能够理解的学术问题,这个凝练的过程就是老师发挥衔接作用的地方。

赵春晖总是对学生们强调,要耐得住性子,深入钻研,但同时要有明确的时间概念,在科研钻进去的同时,要懂得什么时候钻出来。“大梦想可能需要很长的路,但小梦想是能够通过可见的时间来实现的,所以要永远怀揣梦想。”

在她看来,把梦想拆分为一个个小目标,每实现一个小目标,就离梦想更近一步。她认为自己并非天赋型选手,无非是踏踏实实做好每一步,这也是每个学生都可以通过努力和积累做到的。

曾经担任过浙大校长的竺可桢在开学典礼上向新生提出过两个简单却意味深长的问题,这也就是著名的“竺可桢二问”:第一,你来浙大想做什么?第二,将来毕业后要做什么样的人?“一个说的是初心,一个就是梦想和使命,科研是一场马拉松,开始跑得最快不重要,跑得最远才是王道。”赵春晖说。(果壳对本文亦有贡献)