共融機(jī)器人的三個(gè)要點(diǎn)：共存、協(xié)作與認(rèn)知

摘 要

《國家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review，NSR）最近發(fā)表了由華中科技大學(xué)丁漢院士，國防科技大學(xué)楊學(xué)軍院士、西安交通大學(xué)鄭南寧院士，國家自然科學(xué)基金委黎明研究員和賴一楠教授，以及華中科技大學(xué)吳豪研究員共同撰寫的觀點(diǎn)文章“Tri-Co Robot: A Chinese Robotic Research Initiative for Enhanced Robot Interaction Capabilities” (https://doi.org/10.1093/nsr/nwx148)。文章介紹了“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃。該計(jì)劃旨在引導(dǎo)中國機(jī)器人領(lǐng)域?qū)W者深化相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，同時(shí)推動(dòng)中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

自1959年工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人在機(jī)械制造、國防安全、健康服務(wù)、科考與醫(yī)療等方面發(fā)揮出越來越重要的作用。如今，機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)從基本的機(jī)械加工和簡單協(xié)助演變成了通過交互作用完成不同環(huán)境下的復(fù)雜任務(wù)。例如，在與環(huán)境交互方面，雙足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了在崎嶇地形上的高速協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；在與人交互方面，智能假肢能夠通過神經(jīng)接口采集生物信號(hào)，模仿人的肢體動(dòng)作，并向使用人員提供反饋；在機(jī)器人與機(jī)器人之間的交互方面，群體智能機(jī)器人可以通過集群控制算法和分散信息交換實(shí)現(xiàn)群體合作。由此可見，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能很大程度上依賴于它們與環(huán)境、人和其他機(jī)器人的交互能力。

為了推動(dòng)機(jī)器人與作業(yè)環(huán)境、人及其它機(jī)器人之間的交互能力，在丁漢院士、楊學(xué)軍院士、鄭南寧院士等專家的建議下，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)于2016年啟動(dòng)了“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃。共融機(jī)器人（Coexisting-Cooperative-Cognitive Robot, Tri-Co Robot）有三個(gè)要點(diǎn)，即共存（Coexisting）、協(xié)作（Cooperative）與認(rèn)知（Cognitive），分別保證了機(jī)器人應(yīng)用的普遍性、機(jī)器人交互的協(xié)調(diào)性和機(jī)器人對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性，從而增強(qiáng)與作業(yè)環(huán)境、人及其它機(jī)器人之間的交互能力。

增強(qiáng)與作業(yè)環(huán)境、人及其它機(jī)器人之間交互能力的共融機(jī)器人

共融機(jī)器人研究關(guān)注三個(gè)主要科學(xué)問題。首先是剛-柔-軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性與可控性。未來的共融機(jī)器人將是由剛性材料與柔性材料再加上運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的耦合系統(tǒng)，研究其動(dòng)力學(xué)模型和控制方法是增強(qiáng)機(jī)器人交互能力的前提。其次是人-機(jī)-環(huán)境多模態(tài)感知與自然交互。研究視-聽-觸等多模態(tài)信息獲取方法以及人體生理電信號(hào)頻譜特征，從而準(zhǔn)確理解人體行為意圖，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人-機(jī)互動(dòng)協(xié)作。最后是機(jī)器人群體智能與操作系統(tǒng)架構(gòu)。探索自主個(gè)體互動(dòng)及感知決策信息的傳播機(jī)理，建立群體認(rèn)知和互動(dòng)協(xié)作的模型及方法，實(shí)現(xiàn)集群協(xié)作控制。同時(shí)，“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃旨在發(fā)展機(jī)器人在智能制造、康復(fù)醫(yī)療和國防安全等方面的應(yīng)用，開發(fā)出 “能工巧匠型”智能制造機(jī)器人、智能康復(fù)機(jī)器人和特種集群機(jī)器人等具有高級(jí)功能形態(tài)的機(jī)器人系統(tǒng)。

由華中科技大學(xué)丁漢院士，國防科技大學(xué)楊學(xué)軍院士、西安交通大學(xué)鄭南寧院士，國家自然科學(xué)基金委黎明研究員和賴一楠教授，以及華中科技大學(xué)吳豪研究員共同撰寫的觀點(diǎn)文章“Tri-Co Robot: A Chinese Robotic Research Initiative for Enhanced Robot Interaction Capabilities”最近發(fā)表于《國家科學(xué)評(píng)論》(National Science Review，2017，https://doi.org/10.1093/nsr/nwx148），介紹了“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃。該計(jì)劃旨在引導(dǎo)中國機(jī)器人領(lǐng)域?qū)W者深化相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，同時(shí)推動(dòng)中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。