當(dāng)前，在產(chǎn)業(yè)升級(jí)、健康服務(wù)、國(guó)防安全、太空探索、科考與資源開(kāi)發(fā)等關(guān)乎人類(lèi)未來(lái)的領(lǐng)域，機(jī)器人的作用日益突出。機(jī)器人研究正在成為全球高科技競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)，許多國(guó)家都將機(jī)器人列入優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)技術(shù)行列。

　　昔日科幻作品對(duì)機(jī)器人已成現(xiàn)實(shí)，但尚顯不足

　　自上世紀(jì)50年代第一臺(tái)機(jī)器人發(fā)明至今，機(jī)器人技術(shù)不斷進(jìn)步。比如，人類(lèi)已制造出螞蟻、蝴蝶、飛天水母等形形色色的仿生機(jī)器人，能夠做出高難度體操動(dòng)作的人形機(jī)器人，能夠表現(xiàn)出超過(guò)62種面部表情的機(jī)器人，等等很多科幻作品已成事實(shí)。隨著智能傳感、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)快速發(fā)展，機(jī)器人不斷被賦予與環(huán)境交互、模仿人類(lèi)甚至自主學(xué)習(xí)等新技能。

　　機(jī)器人雖已廣泛應(yīng)用于國(guó)民生活和經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，但其靈活性和智能決策能力等方面尚顯不足。比如，工業(yè)機(jī)器人感知能力較弱，只能在穩(wěn)定的環(huán)境中工作，即主要在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中執(zhí)行各類(lèi)確定性任務(wù)，否則就容易出錯(cuò)甚至傷人毀物。這就是為什么工業(yè)機(jī)器人經(jīng)?！皢伪鲬?zhàn)”，甚至需要防護(hù)網(wǎng)將機(jī)器人作業(yè)區(qū)和工人作業(yè)區(qū)分開(kāi)。服務(wù)機(jī)器人是應(yīng)對(duì)未來(lái)全球人口老齡化趨勢(shì)加劇的有效手段，但目前存在無(wú)法接受抽象指令、難以與人有效溝通、人機(jī)協(xié)調(diào)合作能力不足、安全機(jī)制欠缺等問(wèn)題。特種機(jī)器人是代替人類(lèi)在極地、深海、外星、核輻射場(chǎng)所、軍事戰(zhàn)場(chǎng)、受災(zāi)地域等危險(xiǎn)區(qū)域執(zhí)行任務(wù)的重要工具，但存在過(guò)度依賴(lài)編程和人類(lèi)遠(yuǎn)程操作、自主性不足等問(wèn)題。

　　克服上述不足、有效擴(kuò)展和延伸人類(lèi)能力，是未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展方向——共融機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。

　　共融機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)，還需技術(shù)的革新

　　回顧歷史，機(jī)器人的發(fā)展大致經(jīng)歷三個(gè)階段。第一代機(jī)器人相當(dāng)于“遙控操作器”，由人操作機(jī)械進(jìn)行挖掘、搬運(yùn)等工作，主要起到放大操作員力量的作用；第二代機(jī)器人能夠根據(jù)離線(xiàn)編好的程序自動(dòng)重復(fù)完成操作，目前工業(yè)生活中常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人就是這一類(lèi)；第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，可通過(guò)各種傳感器獲取環(huán)境信息，利用智能技術(shù)進(jìn)行識(shí)別、理解、推理并作出規(guī)劃決定，屬于可自主行動(dòng)、實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的交互機(jī)器人。

　　共融機(jī)器人，是指能與作業(yè)環(huán)境、人、其他機(jī)器人自然交互，自主適應(yīng)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境并協(xié)同作業(yè)的機(jī)器人?！肮踩凇本唧w包含三層含義：1.機(jī)器人與環(huán)境的共融;2.機(jī)器人與人之間的協(xié)同;3.機(jī)器人與機(jī)器人之間的共融。為實(shí)現(xiàn)以上與環(huán)境，與其他機(jī)器人，與人類(lèi)共存、共事、共融的目標(biāo)，機(jī)器人需要在“身體”“感知”和“意識(shí)”上進(jìn)行革新。

　　機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要更加柔軟，不僅有“骨”，還要有“肉”。機(jī)器人以鋼鐵鑄就骨架，具有強(qiáng)大力量。但在這副“鐵骨”之上，要長(zhǎng)出柔軟的“血肉”。比如工業(yè)機(jī)器人要滿(mǎn)足銑、鉆、拋、磨、削等制造任務(wù)需求，需要機(jī)器人結(jié)構(gòu)具備更大的自由度和更強(qiáng)的順應(yīng)性，以實(shí)現(xiàn)曲面適應(yīng)、柔順抓取等功能。醫(yī)療康復(fù)、助老助殘等應(yīng)用，則更要求機(jī)器人結(jié)構(gòu)從剛體、剛?cè)狁詈习l(fā)展為柔體、軟體甚至流變體，以更好地適應(yīng)使用者，保護(hù)使用者。

　　機(jī)器人的感知系統(tǒng)要更加靈活多樣，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)融合。人類(lèi)之所以能夠適應(yīng)各種環(huán)境，離不開(kāi)人類(lèi)對(duì)不同環(huán)境的敏銳感知力。共融機(jī)器人同樣需要這種多樣化的感知能力。值得注意的是，多樣化感知不是添加幾個(gè)傳感器這么簡(jiǎn)單，還有信號(hào)傳輸、運(yùn)算、識(shí)別等許多工作要做。很多情況下，要識(shí)別外部環(huán)境的情況、他人的意圖，需要多種模態(tài)信號(hào)的融合處理，需要機(jī)器人實(shí)時(shí)感知、理解甚至不斷學(xué)習(xí)才能實(shí)現(xiàn)。

　　機(jī)器人群體協(xié)作溝通能力要更強(qiáng)、更自然。隨著單個(gè)機(jī)器人感知能力的提升，以及機(jī)器人集群數(shù)量和形式的增加，機(jī)器人群體之間的信息溝通、獨(dú)立智能和分布協(xié)作的重要性越來(lái)越高。未來(lái)，我們需要一個(gè)兼具個(gè)體自主性和群體合作性，同時(shí)具備實(shí)時(shí)性和安全性的分布式操作系統(tǒng)構(gòu)架，來(lái)突破共融機(jī)器人的系統(tǒng)瓶頸。

　　未來(lái)，共融機(jī)器人將深刻影響人類(lèi)生活

　　共融機(jī)器人積極呼應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求和國(guó)家戰(zhàn)略需求，是我國(guó)機(jī)器人學(xué)科和技術(shù)發(fā)展重要方向。可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，機(jī)器人制造水平將越來(lái)越高，“能工巧匠”“聰敏體貼”和“分工合作”等類(lèi)型共融機(jī)器人將深刻影響人類(lèi)生活。

　　“能工巧匠”型機(jī)器人將創(chuàng)造各種功能強(qiáng)大的智能制造裝備，協(xié)助提升“中國(guó)制造”品質(zhì)和“中國(guó)創(chuàng)造”影響力，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。未來(lái)，各種新型操作、加工、裝配機(jī)器人等，將可以滿(mǎn)足大至飛機(jī)、航天器，小至電子零件的各種生產(chǎn)制造需求，現(xiàn)有的搬運(yùn)、碼垛、焊接機(jī)器人將獲得新的提升和改進(jìn)。

　　“聰敏體貼”型機(jī)器人將進(jìn)入人類(lèi)日常工作和生活，如康復(fù)機(jī)器人、外骨骼機(jī)器人等。一方面，機(jī)器人能夠“聰敏”地感知人類(lèi)意圖，主動(dòng)幫助人類(lèi)完成一些任務(wù)，而不需要人類(lèi)輸入明確、繁雜的指令。另一方面，機(jī)器人也會(huì)更加“體貼”，采用柔性結(jié)構(gòu)的穿戴式機(jī)器人將更好地和使用者的身體相適應(yīng)，工廠(chǎng)中的協(xié)作機(jī)器人也能做到不打擾更不傷害勞動(dòng)者。

　　“分工合作”型機(jī)器人將出現(xiàn)在各種特殊環(huán)境中，應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、深海探索和國(guó)防安全等領(lǐng)域。這類(lèi)機(jī)器人體型多樣，不管環(huán)境空間狹小還是廣袤，都可以通過(guò)分工合作，有效拓展和控制范圍，完成重型操作任務(wù)。即便在部分損壞的情況下，這種分工合作型機(jī)器人仍可保持集群功能，從而積極適應(yīng)災(zāi)難場(chǎng)景和突發(fā)情況。

　　縱觀科技發(fā)展史，機(jī)械設(shè)備是對(duì)人類(lèi)四肢的延展，計(jì)算機(jī)是對(duì)人類(lèi)大腦的拓展，機(jī)器人則是對(duì)人類(lèi)綜合能力的模仿，是具有感知、認(rèn)知和自主行動(dòng)能力的智能化裝備。共融機(jī)器人則進(jìn)一步提高感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等智能活動(dòng)能力，組成一個(gè)可以和環(huán)境，甚至和人類(lèi)進(jìn)行自然交互的系統(tǒng)。為促進(jìn)共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究，2016年國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)發(fā)布“共融機(jī)器人的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃。該計(jì)劃瞄準(zhǔn)國(guó)際機(jī)器人研究前沿，面向國(guó)家重大戰(zhàn)略及民生需求，通過(guò)機(jī)械、信息、力學(xué)、材料和生物等學(xué)科深度交叉與融合，開(kāi)展面向共融機(jī)器人結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)、感知與交互、智能與控制的共性基礎(chǔ)研究，力圖在剛—柔—軟耦合柔順結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)、多模態(tài)環(huán)境感知與人體互適應(yīng)協(xié)作、群體智能與分布式機(jī)器人操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)理論和共性關(guān)鍵技術(shù)的源頭創(chuàng)新上取得突破。

　　未來(lái),機(jī)器人可能具有多模態(tài)傳感,能夠更加理解人類(lèi)的需求。未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展具有非常廣闊的前景,尤其是隨著人工智能技術(shù)、新材料技術(shù)以及各方面應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展,機(jī)器人的明天會(huì)更加美好。