人類(lèi)的未來(lái)什么樣？站在此刻暢想未來(lái)，機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)和計算機技術(shù)為主體、有機融合各種現代信息技術(shù)和制造技術(shù)的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀的發(fā)展，如今已經(jīng)在國防、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)、醫療康復、教育甚至普通家庭生活中都得到了廣泛的應用?，F在，科學(xué)家還在構想類(lèi)人腦機器人，未來(lái)，也許每個(gè)家庭都會(huì )有一臺外形和思維都與人一樣的機器人。

作為高技術(shù)領(lǐng)域中重要的前沿技術(shù)之一，機器人技術(shù)具有前瞻性、先導性的特點(diǎn)，對學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)升級、培養創(chuàng )新意識、保障國家安全、引領(lǐng)未來(lái)經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展有著(zhù)十分重要的作用。目前，機器人相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)突破，為機器人的應用范圍拓寬了道路，已涵蓋國防、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)、醫療康復、教育甚至普通家庭生活，一場(chǎng)新的機器人技術(shù)研究高潮和發(fā)展契機業(yè)已到來(lái)。

那么，未來(lái)機器人會(huì )是什么樣？我們認為，仿生機器人和類(lèi)人機器人或將成為機器人研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。在國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、重大儀器專(zhuān)項、重點(diǎn)基金、面上基金、國家863計劃項目、國家重大科技專(zhuān)項項目等科技項目的支持下，我國針對智能機器人系統領(lǐng)域的科學(xué)前沿問(wèn)題和國家重大需求，圍繞智能機器人技術(shù)開(kāi)展了一系列研究。

在機器人研究方面，首先要提到的是機器人的視覺(jué)能力。機器人的視覺(jué)傳感器是機器人感知外界的重要手段，是機器智能的核心標志之一，具有視覺(jué)能力是實(shí)現機器人自主作業(yè)的重要保障，是機器人智能化的核心支撐。中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所在視覺(jué)系統標定、視覺(jué)測量和定位、實(shí)時(shí)視覺(jué)、主動(dòng)視覺(jué)和多模視覺(jué)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(jué)原型和實(shí)驗系統，在工業(yè)和醫療康復等領(lǐng)域得到應用。來(lái)自于自然界的啟發(fā)和靈感對于機器人學(xué)的發(fā)展具有特殊的意義，是解決機器人學(xué)所面臨難題的重要途徑，也是機器人智能的主要源泉。仿生機器人通過(guò)對生物結構、內在機制的模仿創(chuàng )新來(lái)形成新方法和新技術(shù)，以適應復雜作業(yè)需求和極端工作環(huán)境，其系統設計與控制是關(guān)鍵。在仿生機器人方面的研究?jì)热莅ǚ律鷻C器魚(yú)、打乒乓球機器人等。

仿生機器魚(yú)建立在將魚(yú)類(lèi)的推進(jìn)運動(dòng)簡(jiǎn)化為理想條件下，魚(yú)類(lèi)身體連續的、周期性的形變基礎之上。而通過(guò)魚(yú)類(lèi)運動(dòng)的觀(guān)察和仿生機器魚(yú)游動(dòng)試驗，研究人員發(fā)現魚(yú)體質(zhì)心在水平面內繞前進(jìn)方向軸的波動(dòng)將增大側向擾動(dòng)力、降低推力和方向穩定性，即魚(yú)類(lèi)自身線(xiàn)密度分布對其運動(dòng)性能存在較大影響。因此，提出了包含形變描述和線(xiàn)密度描述的“基波”概念，并依據“基波”建立了魚(yú)體波動(dòng)運動(dòng)模型，在充分考慮線(xiàn)密度影響的基礎上，提出了仿生機器魚(yú)的穩定游動(dòng)推進(jìn)控制方法。

除了仿生機器魚(yú)，研究人員還針對快速運動(dòng)的乒乓球，設計了會(huì )打乒乓球的機器人。這種機器人是建立在一種有效的乒乓球跟蹤算法基礎上的。這種算法將差幀法、動(dòng)態(tài)窗口、游程編碼等方法有機組合在一起，使算法的實(shí)時(shí)性得到保證。并針對乒乓球差幀后可能出現的月牙形，提出了GSP算法，準確定位乒乓球的中心坐標，保證了三維坐標的精度。其他代表性的成果還包括醫療康復機器人、機器人協(xié)調與控制、巡線(xiàn)機器人等。

雖然隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，部分現代機器人具有了類(lèi)人動(dòng)作，但還不具備人類(lèi)的思維。對人腦信息處理機制的研究，特別是以思維為中心的人腦認知機制的研究，將啟發(fā)未來(lái)智能機器人與智能控制的發(fā)展，使智能機器人更像人，能夠為人類(lèi)提供更好的服務(wù)。未來(lái)對機器人的研究應該是結合對人腦信息處理機制與人類(lèi)思維的探索和腦模擬研究，發(fā)展神經(jīng)機器人。以模擬人腦系統為中央神經(jīng)系統，以機器人為載體，實(shí)現多通道類(lèi)人信息處理的協(xié)調與控制，啟發(fā)并推動(dòng)下一代類(lèi)人機器人。

類(lèi)人機器人的研究是將人腦模擬系統、電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，類(lèi)腦計算技術(shù)與具有類(lèi)人動(dòng)作的機器人平臺深度無(wú)縫融合。以具有人體外觀(guān)（包括肢體和肌肉組織等）和動(dòng)作的機器人平臺為載體，實(shí)踐、應用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、思維和運動(dòng)多通道的信息處理與協(xié)同，實(shí)現全新類(lèi)人神經(jīng)計算與控制。以腦神經(jīng)模擬系統為核心的類(lèi)人神經(jīng)機器人將在認知能力、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(lèi)，在處理復雜任務(wù)時(shí)將表現出高精度、快速智能反應的特性，將有助于突破傳統控制理論。類(lèi)人機器人之間的互動(dòng)還將有助于研究和應用以思維為中心的人類(lèi)群體行為。類(lèi)人神經(jīng)機器人的實(shí)現不但可以對人類(lèi)及其行為的本質(zhì)進(jìn)行模擬與揭示，還將推動(dòng)類(lèi)人機器人在工業(yè)、國防、家用等領(lǐng)域的廣泛應用。

通過(guò)此項研究，將產(chǎn)出具有模擬人腦系統的類(lèi)人神經(jīng)機器人平臺。該機器人平臺具有類(lèi)人視覺(jué)、類(lèi)人聽(tīng)覺(jué)、類(lèi)人思維、類(lèi)人動(dòng)作的協(xié)同處理能力，并能夠在關(guān)鍵領(lǐng)域取得應用。具體將根據人體的肌肉和關(guān)節的實(shí)際布局，建立人體運動(dòng)控制仿真平臺，以人腦模擬器為核心控制系統，實(shí)現對復雜任務(wù)的快速、精確的決策與運動(dòng)反應。此外還將發(fā)展并實(shí)現神經(jīng)機器人之間的互動(dòng)學(xué)習、協(xié)同解決復雜任務(wù)的能力。

服務(wù)機器人是我國應對老齡化社會(huì )、促進(jìn)民生科技發(fā)展的技術(shù)支撐。我國在醫療、助老助殘等領(lǐng)域已經(jīng)研發(fā)出了系列機器人樣機，進(jìn)入示范應用階段。根據國際機器人聯(lián)盟統計，2011年度全球服務(wù)機器人銷(xiāo)量約為250萬(wàn)臺，市場(chǎng)總值超過(guò)42億美元，正在以20%-30%速度增長(cháng)，到2015年銷(xiāo)售額將達到85億美元。服務(wù)機器人有望成為機器人領(lǐng)域最具潛力的增長(cháng)點(diǎn)之一。

下肢康復機器人：這是一臺坐臥式下肢康復機器人系統，設計了包括踏車(chē)和蹬踏訓練在內的被動(dòng)訓練，既可以由腿部機械帶動(dòng)患者下肢進(jìn)行被動(dòng)的運動(dòng)訓練，也能讓患者進(jìn)行主動(dòng)康復訓練。

微創(chuàng )血管介入手術(shù)機器人：這套用于血管介入的專(zhuān)科手術(shù)機器人系統主要包括遞送裝置、醫生操控端、定位把持機械臂和三維圖像導航四個(gè)部分，可輔助醫生以遙控操作方式實(shí)現成套介入手術(shù)器械的精準輸送與放置，使醫生在手術(shù)過(guò)程中免受X射線(xiàn)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)，針對微創(chuàng )血管介入手術(shù)機器人圖像導航，實(shí)現了傳統C臂的實(shí)時(shí)圖像采集、C臂系統標定與圖像校正、基于雙視角的血管模型三維重建等關(guān)鍵技術(shù)。

工業(yè)機器人是我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、由制造大國向強國轉變的技術(shù)手段。當前我國制造業(yè)發(fā)展模式遇到了嚴峻的挑戰，一方面以美歐為代表的西方大國著(zhù)手進(jìn)行制造業(yè)回流，另一方面在我國經(jīng)濟持續增長(cháng)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)率僅為美國的1/6，單位GDP能耗為世界平均水平2倍多。工業(yè)機器人代替勞動(dòng)力已從“備選”成為“必選”。打乒乓球機器人:這是一個(gè)具有五個(gè)自由度的直角坐標機器人。利用智能攝像機和PC機構成視覺(jué)測量系統，利用另一臺PC機和運動(dòng)控制卡構成機器人的控制系統。目前已實(shí)現與人50個(gè)回合的連續對打。

視覺(jué)機器人：在視覺(jué)神經(jīng)感知計算方面，通過(guò)引入聯(lián)想記憶和學(xué)習等機制，初步建立了視覺(jué)的神經(jīng)計算模型。在運動(dòng)神經(jīng)協(xié)調控制計算方面，以人體上肢為基礎，初步建立了神經(jīng)-肌肉-關(guān)節的生物力學(xué)仿真模型，并進(jìn)行了相關(guān)的生物學(xué)仿真實(shí)驗。

高壓輸電線(xiàn)路巡檢機器人：可以代替人工執行輸電線(xiàn)路檢測、維護等任務(wù)，上還可以實(shí)現線(xiàn)路除冰等工作。

仿生機器魚(yú)：針對機器海豚的躍水控制，研究了機器海豚躍水過(guò)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)形體結構和驅動(dòng)系統設計方法、機器海豚的高速運動(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)估計與調整控制方法、入水姿態(tài)控制方法等。最終實(shí)現了機器海豚的躍水控制，使機器海豚只依靠自身動(dòng)力，完全跳出水面，并實(shí)現了3倍體長(cháng)/秒的最高游速。

人腦模擬器：這是類(lèi)人神經(jīng)機器人的“中樞神經(jīng)系統”。它與具有類(lèi)人動(dòng)作的機器人系統深度協(xié)同與融合，以機器人為載體，協(xié)同視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感知輸入，實(shí)現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)現機器人視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)感知信息的整合，以此為思維階段提供整合后的感知輸入。根據機器人接收到的命令請求和感知輸入，協(xié)同思維模擬系統，實(shí)現基于感知信息、背景知識、邏輯思維的協(xié)同處理，最終思維結果將通過(guò)協(xié)同類(lèi)人動(dòng)作子系統實(shí)現動(dòng)作輸出。