自上世紀50年代第一台機器人發明至今
，機器人技術不斷進步，昔日科幻作品對機器人的許多想象已成現實。比如，人類已製造出螞蟻、蝴蝶
、飛天水母等形形色色的仿生機器人，能夠做出高難度體操動作的人形機器人
，能夠表現出超過62種麵部表情的機器人
，等等。隨著智能傳感
、人工智能、大數據等技術快速發展，機器人不斷被賦予與環境交互、模仿人類甚至自主學習等新技能。

　　當前
，在產業升級、健康服務
、國防安全、太空探索、科ke考kao與yu資zi源yuan開kai發fa等deng關guan乎hu人ren類lei未wei來lai的de領ling域yu，機ji器qi人ren的de作zuo用yong日ri益yi突tu出chu。機ji器qi人ren研yan究jiu正zheng在zai成cheng為wei全quan球qiu高gao科ke技ji競jing爭zheng熱re點dian，許xu多duo國guo家jia都dou將jiang機ji器qi人ren列lie入ru優you先xian發fa展zhan的de產chan業ye技ji術shu行xing列lie。

　　超越三大曆史階段，共融機器人領跑未來

　　回顧曆史，機器人的發展大致經曆三個階段。第一代機器人相當於“遙控操作器”，由人操作機械進行挖掘
、搬運等工作，主要起到放大操作員力量的作用；第二代機器人能夠根據離線編好的程序自動重複完成操作
，目前工業生活中常見的工業機器人就是這一類
；第三代機器人是智能機器人，可通過各種傳感器獲取環境信息，利用智能技術進行識別、理解、推理並作出規劃決定，屬於可自主行動、實現預定目標的交互機器人。工業領域中負責搬運、焊接與裝配等任務的工業機器人、服務行業中的掃地機器人和炒菜機器人等都屬此類。

　　機ji器qi人ren雖sui已yi廣guang泛fan應ying用yong於yu國guo民min生sheng活huo和he經jing濟ji各ge領ling域yu

，但dan其qi靈ling活huo性xing和he智zhi能neng決jue策ce能neng力li等deng方fang麵mian尚shang顯xian不bu足zu。比bi如ru，工gong業ye機ji器qi人ren感gan知zhi能neng力li較jiao弱ruo，隻zhi能neng在zai穩wen定ding的de環huan境jing中zhong工gong作zuo，即ji主zhu要yao在zai結jie構gou化hua環huan境jing中zhong執zhi行xing各ge類lei確que定ding性xing任ren務wu
，否fou則ze就jiu容rong易yi出chu錯cuo甚shen至zhi傷shang人ren毀hui物wu。這zhe就jiu是shi為wei什shen麼me工gong業ye機ji器qi人ren經jing常chang“單兵作戰”，甚shen至zhi需xu要yao防fang護hu網wang將jiang機ji器qi人ren作zuo業ye區qu和he工gong人ren作zuo業ye區qu分fen開kai。服fu務wu機ji器qi人ren是shi應ying對dui未wei來lai全quan球qiu人ren口kou老lao齡ling化hua趨qu勢shi加jia劇ju的de有you效xiao手shou段duan，但dan目mu前qian存cun在zai無wu法fa接jie受shou抽chou象xiang指zhi令ling、難以與人有效溝通、人機協調合作能力不足、安全機製欠缺等問題。特種機器人是代替人類在極地、深海、外星、核輻射場所
、軍事戰場、受災地域等危險區域執行任務的重要工具
，但存在過度依賴編程和人類遠程操作、自主性不足等問題。

　　克服上述不足、有效擴展和延伸人類能力，是未來機器人的發展方向——共融機器人應運而生。

　　實現“共融”目標

，需要機器人技術多層麵革新

　　共融機器人，是指能與作業環境
、人
、其他機器人自然交互
，自主適應複雜動態環境並協同作業的機器人。“共融”具體包含三層含義：一是機器人與環境的自然交互。傳統機器人在特定區域工作，目標簡單
、對象單一，但在實際生產生活中很難有如此純粹的環境。讓機器人走出車間，走進山地
、xuedi
，laidaorenlairenwangdejiedao，shenzhirangjiqirenherenyiqizaidongtaihuanjingzhongxietongzuoye，shigongrongjiqirendediyizhongmubiao。ershijiqirenzhijiandehuzhuhubu。lianggerenkeyitaiqigengzhongdewupin，sanrenyizudeF1賽車服務人員可以在兩秒內更換一個輪胎
，一台複雜的內科手術需要多位醫生和護士協作。機器人如何通過多“人”協作以實現單體能力的突破呢？這就是共融機器人發展的第二重目標
，實現機器人之間的協作、互hu補bu，通tong過guo合he作zuo增zeng強qiang機ji器qi人ren整zheng體ti功gong能neng和he性xing能neng。三san是shi機ji器qi人ren與yu人ren之zhi間jian的de協xie同tong作zuo業ye。與yu人ren合he作zuo，不bu單dan指zhi聽ting人ren指zhi揮hui
，共gong融rong機ji器qi人ren還hai需xu要yao有you自zi己ji的de“判斷”和“想法”。人是複雜的、動態的，和人協作是對機器人更高的要求。這時
，機器人不再被動等待人的協助、不再一味依賴人的編程，而要能夠主動感知並解決各種問題。

　　為實現以上與環境，與其他機器人，與人類共存
、共事、共融的目標，機器人需要在“身體”“感知”和“意識”上進行革新。

　　機器人的結構要更加柔軟
，不僅有“骨”，還要有“肉”。機器人以鋼鐵鑄就骨架
，具有強大力量。但在這副“鐵骨”之上，要長出柔軟的“血肉”。比如工業機器人要滿足銑
、鑽、拋、磨、削等製造任務需求
，需要機器人結構具備更大的自由度和更強的順應性
，以實現曲麵適應、柔順抓取等功能。醫療康複、助老助殘等應用，則更要求機器人結構從剛體
、剛柔耦合發展為柔體
、軟體甚至流變體，以更好地適應使用者，保護使用者。

　　機(ji)器(qi)人(ren)的(de)感(gan)知(zhi)係(xi)統(tong)要(yao)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)多(duo)樣(yang)，實(shi)現(xian)多(duo)模(mo)態(tai)融(rong)合(he)。人(ren)類(lei)之(zhi)所(suo)以(yi)能(neng)夠(gou)適(shi)應(ying)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)，離(li)不(bu)開(kai)人(ren)類(lei)對(dui)不(bu)同(tong)環(huan)境(jing)的(de)敏(min)銳(rui)感(gan)知(zhi)力(li)。共(gong)融(rong)機(ji)器(qi)人(ren)同(tong)樣(yang)需(xu)要(yao)這(zhe)種(zhong)多(duo)樣(yang)化(hua)的(de)感(gan)知(zhi)能(neng)力(li)。值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，多(duo)樣(yang)化(hua)感(gan)知(zhi)不(bu)是(shi)添(tian)加(jia)幾(ji)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)這(zhe)麼(me)簡(jian)單(dan)
，還(hai)有(you)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)
、運算
、識別等許多工作要做。很多情況下，要識別外部環境的情況、他人的意圖，需要多種模態信號的融合處理，需要機器人實時感知
、理解甚至不斷學習才能實現。

　　機器人群體協作溝通能力要更強、更自然。隨著單個機器人感知能力的提升
，以及機器人集群數量和形式的增加，機器人群體之間的信息溝通、獨(du)立(li)智(zhi)能(neng)和(he)分(fen)布(bu)協(xie)作(zuo)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)。未(wei)來(lai)，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)兼(jian)具(ju)個(ge)體(ti)自(zi)主(zhu)性(xing)和(he)群(qun)體(ti)合(he)作(zuo)性(xing)，同(tong)時(shi)具(ju)備(bei)實(shi)時(shi)性(xing)和(he)安(an)全(quan)性(xing)的(de)分(fen)布(bu)式(shi)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)構(gou)架(jia)，來(lai)突(tu)破(po)共(gong)融(rong)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)係(xi)統(tong)瓶(ping)頸(jing)。

　　共融機器人是機器人學科和技術發展重要方向，助力人類創造美好生活

　　共融機器人積極呼應社會發展需求和國家戰略需求
，是我國機器人學科和技術發展重要方向。可以預見的是

，隨著先進製造技術
、信息技術以及人工智能技術的創新與發展
，機器人製造水平將越來越高
，“能工巧匠”“聰敏體貼”和“分工合作”等類型共融機器人將深刻影響人類生活。

　　“能工巧匠”型機器人將創造各種功能強大的智能製造裝備
，協助提升“中國製造”品質和“中國創造”影響力
，實現製造業的轉型升級。未來，各種新型操作、加工
、裝配機器人等，將可以滿足大至飛機、航天器，小至電子零件的各種生產製造需求，現有的搬運
、碼垛
、焊接機器人將獲得新的提升和改進。

　　“聰敏體貼”型機器人將進入人類日常工作和生活，如康複機器人
、外骨骼機器人等。一方麵
，機器人能夠“聰敏”地感知人類意圖
，主動幫助人類完成一些任務，而不需要人類輸入明確、繁雜的指令。另一方麵，機器人也會更加“體貼”，采用柔性結構的穿戴式機器人將更好地和使用者的身體相適應，工廠中的協作機器人也能做到不打擾更不傷害勞動者。

　　“分工合作”型機器人將出現在各種特殊環境中，應用於搶險救災、深(shen)海(hai)探(tan)索(suo)和(he)國(guo)防(fang)安(an)全(quan)等(deng)領(ling)域(yu)。這(zhe)類(lei)機(ji)器(qi)人(ren)體(ti)型(xing)多(duo)樣(yang)，不(bu)管(guan)環(huan)境(jing)空(kong)間(jian)狹(xia)小(xiao)還(hai)是(shi)廣(guang)袤(mao)

，都(dou)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)分(fen)工(gong)合(he)作(zuo)，有(you)效(xiao)拓(tuo)展(zhan)和(he)控(kong)製(zhi)範(fan)圍(wei)
，完(wan)成(cheng)重(zhong)型(xing)操(cao)作(zuo)任(ren)務(wu)。即(ji)便(bian)在(zai)部(bu)分(fen)損(sun)壞(huai)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，這(zhe)種(zhong)分(fen)工(gong)合(he)作(zuo)型(xing)機(ji)器(qi)人(ren)仍(reng)可(ke)保(bao)持(chi)集(ji)群(qun)功(gong)能(neng)
，從(cong)而(er)積(ji)極(ji)適(shi)應(ying)災(zai)難(nan)場(chang)景(jing)和(he)突(tu)發(fa)情(qing)況(kuang)。

　　縱觀科技發展史，機械設備是對人類四肢的延展，計算機是對人類大腦的拓展，機器人則是對人類綜合能力的模仿
，是具有感知、認知和自主行動能力的智能化裝備。共融機器人則進一步提高感知、推理
、決策、學習等智能活動能力，組成一個可以和環境，甚至和人類進行自然交互的係統。為促進共融機器人基礎理論和關鍵技術的研究，2016年國家自然科學基金委員會發布“共融機器人的基礎理論與關鍵技術研究”重大研究計劃。該計劃瞄準國際機器人研究前沿，麵向國家重大戰略及民生需求
，通過機械、信息、力學、材料和生物等學科深度交叉與融合，開展麵向共融機器人結構與驅動、感知與交互、智能與控製的共性基礎研究，力圖在剛—柔—軟耦合柔順結構設計與動力學、多模態環境感知與人體互適應協作、群體智能與分布式機器人操作係統等基礎理論和共性關鍵技術的源頭創新上取得突破。

　　在zai共gong融rong機ji器qi人ren基ji礎chu理li論lun與yu關guan鍵jian技ji術shu研yan究jiu道dao路lu上shang，相xiang信xin我wo們men將jiang培pei育yu出chu一yi批pi具ju有you國guo際ji影ying響xiang力li的de中zhong青qing年nian學xue術shu骨gu幹gan和he帶dai頭tou人ren，在zai探tan索suo中zhong不bu斷duan提ti升sheng我wo國guo機ji器qi人ren研yan究jiu整zheng體ti創chuang新xin能neng力li和he國guo際ji影ying響xiang力li。

　　（作者丁漢為華中科技大學教授
、中國科學院院士，陶波為華中科技大學教授）

　　製圖：蔡華偉

　　推薦讀物：

　　1.《現代簡史：從機器到機器人》：杜君立著；上海三聯書店出版。

　　2.《機器人學：建模、控製與視覺》：熊有倫等著；華中科技大學出版社出版。

　　3.《機器人革命：即將到來的機器人時代》：［美］約瑟夫·巴—科恩、大衛·漢森著
，潘俊譯
；機械工業出版社出版。