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共融机器人研究和应用前景广阔( 二 )


机器人的结构要更加柔软 ， 不仅有“骨” ， 还要有“肉” 。 机器人以钢铁铸就骨架 ， 具有强大力量 。 但在这副“铁骨”之上 ， 要长出柔软的“血肉” 。 比如工业机器人要满足铣、钻、抛、磨、削等制造任务需求 ， 需要机器人结构具备更大的自由度和更强的顺应性 ， 以实现曲面适应、柔顺抓取等功能 。 医疗康复、助老助残等应用 ， 则更要求机器人结构从刚体、刚柔耦合发展为柔体、软体甚至流变体 ， 以更好地适应使用者 ， 保护使用者 。
机器人的感知系统要更加灵活多样 ， 实现多模态融合 。 人类之所以能够适应各种环境 ， 离不开人类对不同环境的敏锐感知力 。 共融机器人同样需要这种多样化的感知能力 。 值得注意的是 ， 多样化感知不是添加几个传感器这么简单 ， 还有信号传输、运算、识别等许多工作要做 。 很多情况下 ， 要识别外部环境的情况、他人的意图 ， 需要多种模态信号的融合处理 ， 需要机器人实时感知、理解甚至不断学习才能实现 。
机器人群体协作沟通能力要更强、更自然 。 随着单个机器人感知能力的提升 ， 以及机器人集群数量和形式的增加 ， 机器人群体之间的信息沟通、独立智能和分布协作的重要性越来越高 。 未来 ， 我们需要一个兼具个体自主性和群体合作性 ， 同时具备实时性和安全性的分布式操作系统构架 ， 来突破共融机器人的系统瓶颈 。
共融机器人是机器人学科和技术发展重要方向 ， 助力人类创造美好生活
共融机器人积极呼应社会发展需求和国家战略需求 ， 是我国机器人学科和技术发展重要方向 。 可以预见的是 ， 随着先进制造技术、信息技术以及人工智能技术的创新与发展 ， 机器人制造水平将越来越高 ， “能工巧匠”“聪敏体贴”和“分工合作”等类型共融机器人将深刻影响人类生活 。
“能工巧匠”型机器人将创造各种功能强大的智能制造装备 ， 协助提升“中国制造”品质和“中国创造”影响力 ， 实现制造业的转型升级 。 未来 ， 各种新型操作、加工、装配机器人等 ， 将可以满足大至飞机、航天器 ， 小至电子零件的各种生产制造需求 ， 现有的搬运、码垛、焊接机器人将获得新的提升和改进 。
“聪敏体贴”型机器人将进入人类日常工作和生活 ， 如康复机器人、外骨骼机器人等 。 一方面 ， 机器人能够“聪敏”地感知人类意图 ， 主动帮助人类完成一些任务 ， 而不需要人类输入明确、繁杂的指令 。 另一方面 ， 机器人也会更加“体贴” ， 采用柔性结构的穿戴式机器人将更好地和使用者的身体相适应 ， 工厂中的协作机器人也能做到不打扰更不伤害劳动者 。
“分工合作”型机器人将出现在各种特殊环境中 ， 应用于抢险救灾、深海探索和国防安全等领域 。 这类机器人体型多样 ， 不管环境空间狭小还是广袤 ， 都可以通过分工合作 ， 有效拓展和控制范围 ， 完成重型操作任务 。 即便在部分损坏的情况下 ， 这种分工合作型机器人仍可保持集群功能 ， 从而积极适应灾难场景和突发情况 。
纵观科技发展史 ， 机械设备是对人类四肢的延展 ， 计算机是对人类大脑的拓展 ， 机器人则是对人类综合能力的模仿 ， 是具有感知、认知和自主行动能力的智能化装备 。 共融机器人则进一步提高感知、推理、决策、学习等智能活动能力 ， 组成一个可以和环境 ， 甚至和人类进行自然交互的系统 。 为促进共融机器人基础理论和关键技术的研究 ， 2016年国家自然科学基金委员会发布“共融机器人的基础理论与关键技术研究”重大研究计划 。 该计划瞄准国际机器人研究前沿 ， 面向国家重大战略及民生需求 ， 通过机械、信息、力学、材料和生物等学科深度交叉与融合 ， 开展面向共融机器人结构与驱动、感知与交互、智能与控制的共性基础研究 ， 力图在刚—柔—软耦合柔顺结构设计与动力学、多模态环境感知与人体互适应协作、群体智能与分布式机器人操作系统等基础理论和共性关键技术的源头创新上取得突破 。


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