人類的未來什么樣？站在此刻暢想未來，機(jī)器人一定是這幅圖景中的一抹濃彩。這種以自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為主體、有機(jī)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(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，如今已經(jīng)在國(guó)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。現(xiàn)在，科學(xué)家還在構(gòu)想類人腦機(jī)器人，未來，也許每個(gè)家庭都會(huì)有一臺(tái)外形和思維都與人一樣的機(jī)器人。

作為高技術(shù)領(lǐng)域中重要的前沿技術(shù)之一，機(jī)器人技術(shù)具有前瞻性、先導(dǎo)性的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、保障國(guó)家安全、引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展有著十分重要的作用。目前，機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)突破，為機(jī)器人的應(yīng)用范圍拓寬了道路，已涵蓋國(guó)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(chǎng)新的機(jī)器人技術(shù)研究高潮和發(fā)展契機(jī)業(yè)已到來。

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

在機(jī)器人研究方面，首先要提到的是機(jī)器人的視覺能力。機(jī)器人的視覺傳感器是機(jī)器人感知外界的重要手段，是機(jī)器智能的核心標(biāo)志之一，具有視覺能力是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主作業(yè)的重要保障，是機(jī)器人智能化的核心支撐。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所在視覺系統(tǒng)標(biāo)定、視覺測(cè)量和定位、實(shí)時(shí)視覺、主動(dòng)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(gè)視覺原型和實(shí)驗(yàn)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(duì)于機(jī)器人學(xué)的發(fā)展具有特殊的意義，是解決機(jī)器人學(xué)所面臨難題的重要途徑，也是機(jī)器人智能的主要源泉。仿生機(jī)器人通過對(duì)生物結(jié)構(gòu)、內(nèi)在機(jī)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(jì)與控制是關(guān)鍵。在仿生機(jī)器人方面的研究?jī)?nèi)容包括仿生機(jī)器魚、打乒乓球機(jī)器人等。

仿生機(jī)器魚建立在將魚類的推進(jìn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)的觀察和仿生機(jī)器魚游動(dòng)試驗(yàn)，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(dòng)將增大側(cè)向擾動(dòng)力、降低推力和方向穩(wěn)定性，即魚類自身線密度分布對(duì)其運(yùn)動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)模型，在充分考慮線密度影響的基礎(chǔ)上，提出了仿生機(jī)器魚的穩(wěn)定游動(dòng)推進(jìn)控制方法。

除了仿生機(jī)器魚，研究人員還針對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的乒乓球，設(shè)計(jì)了會(huì)打乒乓球的機(jī)器人。這種機(jī)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(dòng)態(tài)窗口、游程編碼等方法有機(jī)組合在一起，使算法的實(shí)時(shí)性得到保證。并針對(duì)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(jī)器人、機(jī)器人協(xié)調(diào)與控制、巡線機(jī)器人等。

雖然隨著信息技術(shù)的發(fā)展，部分現(xiàn)代機(jī)器人具有了類人動(dòng)作，但還不具備人類的思維。對(duì)人腦信息處理機(jī)制的研究，特別是以思維為中心的人腦認(rèn)知機(jī)制的研究，將啟發(fā)未來智能機(jī)器人與智能控制的發(fā)展，使智能機(jī)器人更像人，能夠?yàn)槿祟愄峁└玫姆?wù)。未來對(duì)機(jī)器人的研究應(yīng)該是結(jié)合對(duì)人腦信息處理機(jī)制與人類思維的探索和腦模擬研究，發(fā)展神經(jīng)機(jī)器人。以模擬人腦系統(tǒng)為中央神經(jīng)系統(tǒng)，以機(jī)器人為載體，實(shí)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(dòng)下一代類人機(jī)器人。

類人機(jī)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(jì)算技術(shù)與具有類人動(dòng)作的機(jī)器人平臺(tái)深度無(wú)縫融合。以具有人體外觀（包括肢體和肌肉組織等）和動(dòng)作的機(jī)器人平臺(tái)為載體，實(shí)踐、應(yīng)用視覺、聽覺、思維和運(yùn)動(dòng)多通道的信息處理與協(xié)同，實(shí)現(xiàn)全新類人神經(jīng)計(jì)算與控制。以腦神經(jīng)模擬系統(tǒng)為核心的類人神經(jīng)機(jī)器人將在認(rèn)知能力、信息處理能力、推理決策能力、肢體動(dòng)作等諸多方面突破性地接近真實(shí)人類，在處理復(fù)雜任務(wù)時(shí)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(jī)器人之間的互動(dòng)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(jī)器人的實(shí)現(xiàn)不但可以對(duì)人類及其行為的本質(zhì)進(jìn)行模擬與揭示，還將推動(dòng)類人機(jī)器人在工業(yè)、國(guó)防、家用等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

通過此項(xiàng)研究，將產(chǎn)出具有模擬人腦系統(tǒng)的類人神經(jīng)機(jī)器人平臺(tái)。該機(jī)器人平臺(tái)具有類人視覺、類人聽覺、類人思維、類人動(dòng)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(shí)際布局，建立人體運(yùn)動(dòng)控制仿真平臺(tái)，以人腦模擬器為核心控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜任務(wù)的快速、精確的決策與運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。此外還將發(fā)展并實(shí)現(xiàn)神經(jīng)機(jī)器人之間的互動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)同解決復(fù)雜任務(wù)的能力。

服務(wù)機(jī)器人是我國(guó)應(yīng)對(duì)老齡化社會(huì)、促進(jìn)民生科技發(fā)展的技術(shù)支撐。我國(guó)在醫(yī)療、助老助殘等領(lǐng)域已經(jīng)研發(fā)出了系列機(jī)器人樣機(jī)，進(jìn)入示范應(yīng)用階段。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2011年度全球服務(wù)機(jī)器人銷量約為250萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)總值超過42億美元，正在以20%-30%速度增長(zhǎng)，到2015年銷售額將達(dá)到85億美元。服務(wù)機(jī)器人有望成為機(jī)器人領(lǐng)域最具潛力的增長(zhǎng)點(diǎn)之一。

下肢康復(fù)機(jī)器人：這是一臺(tái)坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了包括踏車和蹬踏訓(xùn)練在內(nèi)的被動(dòng)訓(xùn)練，既可以由腿部機(jī)械帶動(dòng)患者下肢進(jìn)行被動(dòng)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，也能讓患者進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。

微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人：這套用于血管介入的?？剖中g(shù)機(jī)器人系統(tǒng)主要包括遞送裝置、醫(yī)生操控端、定位把持機(jī)械臂和三維圖像導(dǎo)航四個(gè)部分，可輔助醫(yī)生以遙控操作方式實(shí)現(xiàn)成套介入手術(shù)器械的精準(zhǔn)輸送與放置，使醫(yī)生在手術(shù)過程中免受X射線輻射，具有精度高、操控性好、有效降低手術(shù)操作難度等特點(diǎn)。同時(shí)，針對(duì)微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人圖像導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)C臂的實(shí)時(shí)圖像采集、C臂系統(tǒng)標(biāo)定與圖像校正、基于雙視角的血管模型三維重建等關(guān)鍵技術(shù)。

工業(yè)機(jī)器人是我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、由制造大國(guó)向強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的技術(shù)手段。當(dāng)前我國(guó)制造業(yè)發(fā)展模式遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，一方面以美歐為代表的西方大國(guó)著手進(jìn)行制造業(yè)回流，另一方面在我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)同時(shí)，勞動(dòng)力供給逐漸減少，勞動(dòng)力成本快速上漲；同時(shí)，我國(guó)制造業(yè)深受高能耗、高污染、低技術(shù)含量、低產(chǎn)品附加值的束縛，人均勞動(dòng)生產(chǎn)率僅為美國(guó)的1/6，單位GDP能耗為世界平均水平2倍多。工業(yè)機(jī)器人代替勞動(dòng)力已從“備選”成為“必選”。打乒乓球機(jī)器人:這是一個(gè)具有五個(gè)自由度的直角坐標(biāo)機(jī)器人。利用智能攝像機(jī)和PC機(jī)構(gòu)成視覺測(cè)量系統(tǒng)，利用另一臺(tái)PC機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成機(jī)器人的控制系統(tǒng)。目前已實(shí)現(xiàn)與人50個(gè)回合的連續(xù)對(duì)打。

視覺機(jī)器人：在視覺神經(jīng)感知計(jì)算方面，通過引入聯(lián)想記憶和學(xué)習(xí)等機(jī)制，初步建立了視覺的神經(jīng)計(jì)算模型。在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)協(xié)調(diào)控制計(jì)算方面，以人體上肢為基礎(chǔ)，初步建立了神經(jīng)-肌肉-關(guān)節(jié)的生物力學(xué)仿真模型，并進(jìn)行了相關(guān)的生物學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)。

高壓輸電線路巡檢機(jī)器人：可以代替人工執(zhí)行輸電線路檢測(cè)、維護(hù)等任務(wù)，上還可以實(shí)現(xiàn)線路除冰等工作。

仿生機(jī)器魚：針對(duì)機(jī)器海豚的躍水控制，研究了機(jī)器海豚躍水過程的水動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)分析與建模方法、最優(yōu)形體結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、機(jī)器海豚的高速運(yùn)動(dòng)和精確姿態(tài)控制方法、基于傳感器反饋的躍水控制方法、空中姿態(tài)估計(jì)與調(diào)整控制方法、入水姿態(tài)控制方法等。最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)器海豚的躍水控制，使機(jī)器海豚只依靠自身動(dòng)力，完全跳出水面，并實(shí)現(xiàn)了3倍體長(zhǎng)/秒的最高游速。

人腦模擬器：這是類人神經(jīng)機(jī)器人的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”。它與具有類人動(dòng)作的機(jī)器人系統(tǒng)深度協(xié)同與融合，以機(jī)器人為載體，協(xié)同視覺、聽覺等感知輸入，實(shí)現(xiàn)以思維為中心的感知、思維、動(dòng)作的協(xié)同控制。

具體而言，將實(shí)現(xiàn)機(jī)器人視覺、聽覺感知信息的整合，以此為思維階段提供整合后的感知輸入。根據(jù)機(jī)器人接收到的命令請(qǐng)求和感知輸入，協(xié)同思維模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于感知信息、背景知識(shí)、邏輯思維的協(xié)同處理，最終思維結(jié)果將通過協(xié)同類人動(dòng)作子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作輸出。