機器人未來10年內將面臨的十大問題

近年來，機器人研究取得了長足的進步，但要想在我們的生活中普及機器人仍是障礙重重?！禨cience Robotics》雜志列舉了機器人普及亟待解決的10大挑戰(zhàn)。

編輯們對機器人技術的未解決的難題進行了在線調查，并組織了一個由機器人專家組成的專家小組，他們列出了30個最重要的主題，然后將其分成10大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)可能在未來5到10年內產生重大影響。
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以下是他們提出的十大挑戰(zhàn)：

1、新材料和制造方案

機器人專家正開始不再局限于以往用電動機、齒輪和傳感器制作機器人的方法，嘗試使用諸如人造肌肉、軟機器人技術和新的制造方法，將多種功能整合在一種材料中。但這些先進的制造方法大多數還處于初期階段，因此將它們整合還難以實現(xiàn)。多功能的材料，如感應、移動、能量收集或能量儲存等，可以讓機器人設計更高效。但是將這些不同的屬性組合在一臺機器上，需要使用新的方法，而新方法必定混合了微尺度制造技術和大規(guī)模制造技術。另一個有希望的研究方向是可以隨時間變化以適應環(huán)境或自我治愈的材料，但這需要做更多的研究。

2、仿生機器人和生物混合機器人

大自然已經解決了機器人專家們正在努力解決的許多問題，因此許多人轉向生物學尋求靈感，甚至正努力把生命系統(tǒng)融入到他們的機器人中。但是，在復制肌肉的機械性能和生物系統(tǒng)提供自身能量的能力方面，仍然存在著巨大的瓶頸。人造肌肉的發(fā)展已經有了很大的進步，但是這種肌肉的健壯性、效率、活力和能量密度都需要提高。將活細胞嵌入機器人可以克服為小型機器人提供動力的難題，也可以將自我修復和嵌入式傳感等生物特性嵌入機器人，不過如何整合這些部分仍然是一個重大挑戰(zhàn)。雖然越來越多的“機器人動物”正在幫助人們解開大自然的秘密，但我們還需要做更多的工作，來研究動物如何在飛行和游泳等能力之間轉換，從而建造多通道平臺。

3、能量和能源

能源儲存是移動機器人技術的一個主要瓶頸。無人機、電動汽車和可再生能源對此的需求不斷增長，推動了電池技術的進步，但多年來，根本挑戰(zhàn)基本沒有改變。這意味著，在電池開發(fā)的同時，要努力最小化機器人的用電需求，并且讓它們使用新的能源。讓它們從環(huán)境中獲取能量并通過無線傳輸能量是值得研究的兩種極具前景的研究方向。

4、機器人集群式處理任務

成群的簡單機器人組裝成不同的結構來處理不同的任務，這可能是一種更便宜、更靈活的方案，用于替代大型的執(zhí)行特定任務的機器人。更小、更便宜、更強大的硬件可以讓簡單的機器人感知周圍的環(huán)境，并與人工智能相結合，從而模擬出能在自然界鳥群中所看見的行為。但是，實現(xiàn)對不同規(guī)模的機器人群體最有效的控制方式需要做更多的工作——小的群體可以集中控制，但是大的群體需要分散成小群體再進行控制。這些機器人還需要制造地更加堅固，能夠適應現(xiàn)實世界的變化條件，并能抵御有意或意外傷害。此外，還需要對具有互補功能的不同機器人進行更多的研究。

5、航行與探索

機器人的一個關鍵用途是探索人類無法到達的地方，比如深海、太空或災難區(qū)。這意味著他們需要擅長于探索和導航那些沒有地圖、且通常極為混亂和危機四伏的環(huán)境。主要的挑戰(zhàn)包括創(chuàng)建能夠適應、學習和從導航失敗中恢復的系統(tǒng)，并且能夠識別新的發(fā)現(xiàn)。這需要高度的自主性，讓機器人能夠對自己進行監(jiān)控和重新設置，同時能夠利用具有不同可靠性和準確性的多個數據源構建一個世界的圖像。

6、機器人技術本身

深度學習已經徹底改變了機器識別模式的能力，但這需要與基于模型的推理相結合，創(chuàng)造出適應性強的機器人，能夠在工作過程中學習。這其中的關鍵之處在于創(chuàng)造人工智能，它能意識到自身的局限性，還能學習如何學習新事物。創(chuàng)建能夠從有限的數據中快速學習的系統(tǒng)，而不必從深度學習所需要的數以百萬計的例子中學習，這一點也很重要。我們對人類智力的進一步理解將是解決這些問題的關鍵。

7、腦機接口

腦機接口將能夠對先進的機器人進行無縫控制，但也可以證明一種更快、更自然的方式來與機器人交流指令，或者只是用于幫助他們理解人類的精神狀態(tài)。目前大多數測量大腦活動的方法既昂貴又程序繁瑣，因此，在簡潔、低功率和無線的設備上能起作用將非常重要。由于閱讀大腦活動具有不精確性，它們也傾向于進行擴展訓練、校準和適應。而且，它們是否會勝過一些更簡單的技術，比如眼動或閱讀肌肉信號，還有待觀察。

8、社會互動

如果機器人要進入人類的生活，它們將需要學會與人類打交道。但這并不簡單，因為我們幾乎沒有具體的人類行為模型，而且我們很容易低估我們與生俱來的人性中的復雜性。社交機器人需要能夠感知到細微的社會線索，比如面部表情或語調，理解它們所處的文化和社會環(huán)境，并對與它們互動的人的心理狀態(tài)進行建模，以適應與人類進行交流，無論是處于短期關系還是長期關系的過程中。

9、醫(yī)療機器人

醫(yī)學是機器人在不久的將來會產生重大影響的領域之一。增強外科醫(yī)生能力的機器人設備已正常使用，但其中的一大挑戰(zhàn)在于在這樣高風險的環(huán)境中提高這些系統(tǒng)的自主性。自動化機器人助手需要能夠在各種場景中識別人體構造，并能夠使用態(tài)勢感知和語音指令來理解不同場景下的需求。在外科手術中，自動化機器人可以執(zhí)行手術流程中的常規(guī)步驟，讓外科醫(yī)生為病情更復雜的病人服務。在人體內部運作的微型機器人也有希望在未來普及，但使用這種機器人仍有許多障礙，包括有效的傳輸系統(tǒng)、跟蹤和控制方法，關鍵是找到能夠改進現(xiàn)有方法的治療方法。

10、機器人倫理與安全

隨著前面的挑戰(zhàn)被一一克服，機器人將逐漸融入我們的生活，但這一發(fā)展也將產生新的倫理難題。最重要的是，我們可能會過度依賴機器人。這可能會導致人類失去某些技能和能力，使我們無法在失敗的情況下控制局面。我們最終可能會把出于道德原因需要人類監(jiān)督的任務委托給機器人，由此，人們在失敗的情況下便會把責任推卸給機器人。它還可以減少人們的自決權，因為人類的行為會發(fā)生變化，以適應機器人和人工智能有效工作所需要的一些日?；顒雍拖拗啤?/p>