“庖丁为文惠君解牛,手之所触,肩之所倚,足之所履,膝之所踦,砉然响然,奏刀騞然,莫不中音。合于《桑林》之舞,乃中《经首》之会。”这段描述出自《庄子》,言及庖丁解牛之术,比喻经过反复实践,掌握了事物的客观规律,做事得心应手,运用自如。 庖丁解牛之法实与科研之法有异曲同工之效,妙莫能言。
记得刚上研究生时,导师与我谈科研应该怎么做,当时我内心一惊,有些忍俊不禁,想笑。私下琢磨:我也能做科研?在我心里,科研工作者一定是非常有才,有能力的人才能做的,不是一般人可以触及的,是人类社会最高层次的精神活动。而每次导师安排工作后,都仿佛肩负了神圣使命一般,尽自己最大的能力来完成。后来,研究生、博士期间一路下来,渐渐少了那种激动,慢慢的也就不想自己是不是在做科研的了,反倒把它看成了自己的一项工作,真有点工作没有贵贱之分、只要分工不同的意思。后来曾有一次,我一个表弟问我,说做科研是干什么了?我当时想了一种描述方法:科研就是把一个复杂的大问题分成几个你熟悉的小问题,只要你会把它变成简单的,你会做的问题,就是科研。现在想想这正是科研的必备技能,我把它称为庖丁解牛之术,这对于科研选题和科研方法都是非常重要的。这里我们重点讨论选题和如何完成课题。
我们来举一个舞蹈机器人的例子来说明解牛之术在科研立项和解决问题中的应用。
问题1:我想从事机器人的研究工作,有哪些题目可以做?
问题2:我得到一个机器人研究的相关工作,我如何完成?
(这俩题目太大了,可能我驾驭不了,我讲这个并非要对机器人研究工作发表什么意见,只是以此为体,说说庖丁解牛在科研中的方法,声明之后,方敢言词!若有不妥,欢迎指正!)
按照传统机械系统的分类,当然机器人系统也可以分为功能系统,控制系统和动力系统三个部分,这是第一步分解。现在要明确自己的目标,如果我们选题,你可以根据自己的专业或兴趣爱好,去考虑,比如力学专业、机械工程可以选择功能系统,实现跳舞的功能,机械人的结构应该如何设计,如何设计机器人各部件的运动形态以完成相应的动作。如果是自动化、控制、电路专业可以选择控制系统;如果你是电机等动力学专业,则可以选择动力系统作为研究内容。这个分解之后,你会发现做机器人就是由大学学过的理论力学、控制理论、动力学组成的,如果你能做出新的运动模式、做出精确的控制就是机器人项目的突破。当然这个分解是非常初步的。我们继续看,如果选择了功能系统,比如要给机器人设计一套体操动作,接下来我们该怎么做呢?
材料选择、结构设计、刚体之间的连接、刚体运动、机器人平衡等等,又可以分解为许多内容,而研究点也可以由此出发进行讨论。这里任何一个点都可以做出非常漂亮的工作。比如材料选择,我曾听过一个关于软体机器人的报告,它所采用的材料是类似于塑料包裹液体的一种材料,由于液体的可变形,该机器人可以进入非常狭窄的空间进行工作,当然这也需要有先进的控制理论的支持,这里由传统的固体材料变为软体材料不能不说是一个创新;在结构设计上,什么样的结构更加稳定,而且在机器人做任何动作的时候,都是最佳受力,我想这是值得认真探讨的;刚体之间的连接,在我看来是最为复杂且最具有技巧性,他将来会直接影响机器人的功能完成,是最具挑战性的设计之一......等等如此,我们可以看出在将问题分解之后,可以发现研究问题的意义、重要性、以及创新,这对于写申请书有很大的帮助。需要强调的是,分解是第一步,系统论的观点已经证明,子系统的简单叠加并不等于全系统,所以在分解的过程中还要想着各部分之间的联系。
我们说了选题,再来看看利用解牛之法如何解决问题。还是举一个例子,我要做一个舞蹈机器人多刚体动力学的分析和设计,我怎么做呢?我觉的还是要分解,我把这个问题分解成一系列可以解决的小问题,比如:
1) 该种舞蹈反应了多少刚体的运动,以及关键节点的运动轨迹是什么?
2)如何建立坐标系描述这种多刚体动力学?
3)动作类型:头部动作、肩膀动作、手臂动作、腿上动作、以及脚上动作各自说明。
在建立坐标系之后,这些运动就变成理论力学中的运动学,解决这个问题就成了求解一系列的理论力学运动学问题,这样只要有了理论力学的基本知识就可以完成了,然后再把他们组合起来。我们解决一个问题,就像要吃牛一样,假如给我们牵一头牛来让吃,怎么吃,大牛无从下口,大问题无从下手,但是如果我们能把它分解开,我们就能吃出来牛身上那一部分好吃,那部分不好吃,而且慢慢的对各部分的营养成分也能有所了解,这种了解正是我们队问题刨分的结果。一个大的问题来了,如果我们能把它合理分解我们就一定能品味出各部分的关键,从而也可以找到合理的解决方法。分解是第一步,分解之后要想深入的理解这个问题,还需要对各部分内容之间的相互关系理清,搭建它们彼此的网联关系。可以这样说,分解是“知其然”,而联系则是“观其所以然”,而“晓其所以然”才是科研的最终目的。
庖丁解牛之法正是体现了一个人对某个问题的熟悉程度。我们听大家的讲座,如一幅美景显于眼前,思绪随走随动,仿佛欣赏着令人叹为观止自然奇观,时而惊险,时而壮观。能够给于我们这种享受的首先得益于讲授者对自然奥妙的洞察,对于整个问题的难点分布、关键所在了若如掌,听其讲解,言之所及,情之所至,剖析得体,婉转为意,神采奕奕,莫不中听者之心。每有此时,窃思:《桑林》《经首》能比乎?