盤點：未來這四種機器人有市場

　　人類的未來什么樣?站在此刻暢想未來，機器人一定是這幅圖景中的一抹濃彩。這種以自動化技術(shù)和計算機技術(shù)為主體、有機融合各種現(xiàn)代信息技術(shù)和制造技術(shù)的產(chǎn)品，經(jīng)過了半個多世紀(jì)的發(fā)展，如今已經(jīng)在國防、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)、醫(yī)療康復(fù)、教育甚至普通家庭生活中都得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，科學(xué)家還在構(gòu)想類人腦機器人，未來，也許每個家庭都會有一臺外形和思維都與人一樣的機器人。

　　作為高技術(shù)領(lǐng)域中重要的前沿技術(shù)之一，機器人技術(shù)具有前瞻性、先導(dǎo)性的特點，對學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)升級、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、保障國家安全、引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展有著十分重要的作用。目前，機器人相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)突破，為機器人的應(yīng)用范圍拓寬了道路，已涵蓋國防、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)、醫(yī)療康復(fù)、教育甚至普通家庭生活，一場新的機器人技術(shù)研究高潮和發(fā)展契機業(yè)已到來。

　　那么，未來機器人會是什么樣?我們認(rèn)為，仿生機器人和類人機器人或?qū)⒊蔀闄C器人研發(fā)的重點領(lǐng)域。在國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、重大儀器專項、重點基金、面上基金、國家863計劃項目、國家重大科技專項項目等科技項目的支持下，我國針對智能機器人系統(tǒng)領(lǐng)域的科學(xué)前沿問題和國家重大需求，圍繞智能機器人技術(shù)開展了一系列研究。

　　在機器人研究方面，首先要提到的是機器人的視覺能力。機器人的視覺傳感器是機器人感知外界的重要手段，是機器智能的核心標(biāo)志之一，具有視覺能力是實現(xiàn)機器人自主作業(yè)的重要保障，是機器人智能化的核心支撐。中國科學(xué)院自動化研究所在視覺系統(tǒng)標(biāo)定、視覺測量和定位、實時視覺、主動視覺和多模視覺控制等方面進(jìn)行了深入研究，取得了一系列創(chuàng)新性的理論方法，并形成多個視覺原型和實驗系統(tǒng)，在工業(yè)和醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

　　來自于自然界的啟發(fā)和靈感對于機器人學(xué)的發(fā)展具有特殊的意義，是解決機器人學(xué)所面臨難題的重要途徑，也是機器人智能的主要源泉。仿生機器人通過對生物結(jié)構(gòu)、內(nèi)在機制的模仿創(chuàng)新來形成新方法和新技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜作業(yè)需求和極端工作環(huán)境，其系統(tǒng)設(shè)計與控制是關(guān)鍵。在仿生機器人方面的研究內(nèi)容包括仿生機器魚、打乒乓球機器人等。

　　仿生機器魚建立在將魚類的推進(jìn)運動簡化為理想條件下，魚類身體連續(xù)的、周期性的形變基礎(chǔ)之上。而通過魚類運動的觀察和仿生機器魚游動試驗，研究人員發(fā)現(xiàn)魚體質(zhì)心在水平面內(nèi)繞前進(jìn)方向軸的波動將增大側(cè)向擾動力、降低推力和方向穩(wěn)定性，即魚類自身線密度分布對其運動性能存在較大影響。因此，提出了包含形變描述和線密度描述的“基波”概念，并依據(jù)“基波”建立了魚體波動運動模型，在充分考慮線密度影響的基礎(chǔ)上，提出了仿生機器魚的穩(wěn)定游動推進(jìn)控制方法。

　　除了仿生機器魚，研究人員還針對快速運動的乒乓球，設(shè)計了會打乒乓球的機器人。這種機器人是建立在一種有效的乒乓球跟蹤算法基礎(chǔ)上的。這種算法將差幀法、動態(tài)窗口、游程編碼等方法有機組合在一起，使算法的實時性得到保證。并針對乒乓球差幀后可能出現(xiàn)的月牙形，提出了GSP算法，準(zhǔn)確定位乒乓球的中心坐標(biāo)，保證了三維坐標(biāo)的精度。

　　其他代表性的成果還包括醫(yī)療康復(fù)機器人、機器人協(xié)調(diào)與控制、巡線機器人等。

　　雖然隨著信息技術(shù)的發(fā)展，部分現(xiàn)代機器人具有了類人動作，但還不具備人類的思維。對人腦信息處理機制的研究，特別是以思維為中心的人腦認(rèn)知機制的研究，將啟發(fā)未來智能機器人與智能控制的發(fā)展，使智能機器人更像人，能夠為人類提供更好的服務(wù)。

　　未來對機器人的研究應(yīng)該是結(jié)合對人腦信息處理機制與人類思維的探索和腦模擬研究，發(fā)展神經(jīng)機器人。以模擬人腦系統(tǒng)為中央神經(jīng)系統(tǒng)，以機器人為載體，實現(xiàn)多通道類人信息處理的協(xié)調(diào)與控制，啟發(fā)并推動下一代類人機器人。

　　類人機器人的研究是將人腦模擬系統(tǒng)、電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，類腦計算技術(shù)與具有類人動作的機器人平臺深度無縫融合。以具有人體外觀(包括肢體和肌肉組織等)和動作的機器人平臺為載體，實踐、應(yīng)用視覺、聽覺、思維和運動多通道的信息處理與協(xié)同，實現(xiàn)全新類人神經(jīng)計算與控制。

　　以腦神經(jīng)模擬系統(tǒng)為核心的類人神經(jīng)機器人將在認(rèn)知能力、信息處理能力、推理決策能力、肢體動作等諸多方面突破性地接近真實人類，在處理復(fù)雜任務(wù)時將表現(xiàn)出高精度、快速智能反應(yīng)的特性，將有助于突破傳統(tǒng)控制理論。類人機器人之間的互動還將有助于研究和應(yīng)用以思維為中心的人類群體行為。類人神經(jīng)機器人的實現(xiàn)不但可以對人類及其行為的本質(zhì)進(jìn)行模擬與揭示，還將推動類人機器人在工業(yè)、國防、家用等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

　　通過此項研究，將產(chǎn)出具有模擬人腦系統(tǒng)的類人神經(jīng)機器人平臺。該機器人平臺具有類人視覺、類人聽覺、類人思維、類人動作的協(xié)同處理能力，并能夠在關(guān)鍵領(lǐng)域取得應(yīng)用。具體將根據(jù)人體的肌肉和關(guān)節(jié)的實際布局，建立人體運動控制仿真平臺，以人腦模擬器為核心控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對復(fù)雜任務(wù)的快速、精確的決策與運動反應(yīng)。此外還將發(fā)展并實現(xiàn)神經(jīng)機器人之間的互動學(xué)習(xí)、協(xié)同解決復(fù)雜任務(wù)的能力。