AIR 030 | 中國科學院院士丁漢：共融機器人就是未來的發展方向

CCF-GAIR大會進行到第二天，我們迎來了“機器人與無人機專場”。作為今天的首位演講嘉賓，中國科學院院士，華中科技大學機械科學與工程學院院長、數字制造裝備與技術國家重點實驗室主任，長期從事數字制造理論與技術研究的丁漢教授為我們帶來了題為《共融機器人基礎理論與關鍵技術》的主題演講。

丁漢教授以2016年度國家重點研究計劃，共融機器人項目為背景，首先介紹了共融機器人的內涵：能夠與作業環境、人和其它機器人自然交互、自主適應復雜動態環境并協同作業的機器人。并強調，該項目的重要目的一方面在于引領我國在機器人學科中的未來發展，另一方面也要兼顧國家的重大戰略發展需求。

此后，丁漢教授從機器人領域的發展思考、問題研究、具體實施等方面對共融機器人做了詳細闡述，并在最后進行了總結與展望。

丁漢教授講到，機器人領域從50年代開始發展，從最初的工業化生產開始，隨著行業內各種傳感器和計算機軟硬件的協同發展，目前已經逐漸轉向了智能化領域。但是，目前的發展現狀其實與人們的期望值還相差甚遠。然而，隨著各種機器人在國民經濟和個人生產生活中扮演的角色越來越重要，機器人研究正在成為全球各國高科技競爭中新的戰略制高點。

除了具備高速度、高精度、高負載和高性能等特點之外，丁漢教授認為，未來機器人的重要特征就是“共融”。這其中包括了三層含義：

1.機器人與環境高度適應：例如在雪地行走，狹窄腔道里作業等。

2.機器人與機器人之間高度適應：多機器人合同協作和規模化集群機器人的互助互補。

3.機器人與人類高度適應：人機之間高度共融，機器人將能夠理解人類的思維和動作。

面對這三個共融層面，丁漢教授從結構、感知和操作系統這三個層面闡述了共融機器人的研究內容和方向。其中具體包括：

具備剛-柔-軟結構的行為順應與可控性；

具備多模態感知的交流溝通能力；

兼具自主性和群體合作性的智能分布式操作系統構架。

最終，聯合這三個層面的研究內容，通過“能工巧匠”、“聰明體貼”和“分工合作”等類型機器人的具體實現，形成一個共融機器人的系統集成與驗證平臺。

具體實施方面，丁漢教授表示共融機器人項目將預計投入2億元人民幣，歷時8年時間完成。在激勵原創、注重前沿科技和學科交叉、加強人才培養和全局統籌等大的原則框架下，通過與各國際組織的交流、合作和相互學習，推動我國自主研發的機器人技術不斷取得突破。

最后丁漢教授展示了美國哥倫比亞大學熨燙機器人、韓國首爾國立大學剛柔軟耦合機器人等國際領先的研究成果，并號召大家積極投入機器人研發這個充滿想象和探索空間，未來具有無限應用可能的新興領域。

以下是演講實錄：

女士們、先生們，各位來賓，上午好！首先非常榮幸受到大會主席的邀請，剛才主持人提到我們重大計劃的相關內容，我的報告主要講一下“共融機器人基礎理論與關鍵技術”。

剛才主持人也提到了，我們發了兩個重大計劃，一個是機器委的重大計劃，一個是共融機器人基礎理論與關鍵技術，還有一個是機器委和深圳聯合資助的計劃，這兩個計劃很多內容相互之間還是有相互交叉、相互補充，但是深圳這個計劃可能更加面向深圳地方的一些實際的需求，當然將來這兩個計劃可能會形成共識，前面提到我們會主辦在國際有影響的機器人大賽，大家知道機器人這個方向創意其實很多方面需要大家的智慧，所以能夠在深圳主辦機器人大賽，一方面是激發大家的興趣，同時也提高我國機器人的水平。我覺得對激發對機器人的興趣是非常大的。這兩個計劃截止時間基本都是9月15日，所以希望同行都能夠參加這個計劃，為我國機器人發展多多貢獻。

我今天報告的內容應該不能代表我個人的意見，我們在2013年習總書記在兩院院士大會上講話，怎么樣把我國的機器人水平搞上去，怎么讓機器人占領更多的市場，2014年10月在大連有一個論壇，主要是研討未來的發展，2015年10月我們在哈爾濱有一個論壇，進一步論證未來的發展，大家知道機器人現在真的很熱，很多方面機器人的研究到底將來如何支撐行業的發展，在這樣的行業形勢下，機器委就說思考一下怎么樣才能支撐機器人的發展，我們今年剛剛通過機器人的委務會，在這個過程中，很多專家和單位的智慧，我們想怎么需求引領，怎么前沿引領，怎么樣科學民主指導思想。

大家知道機器人的基礎研究定位在什么地方以及未來機器人發展的趨勢到底是什么，它的特點是什么，我們歸納出來機器人在發展出來，從工業機器人到智能機器人，我們提出共融機器人概念到底是什么？人和機、環境達到共融，下面會仔細講一下。

學科的發展，我覺得機器人的發展一方面在結構、感知和控制要有新的理論和方法，同時在一些重點的方面要有突破，就是說我們要掌握未來機器人核心的一些技術，包括柔性的結構、多模態感知以及分布式系統，我覺得機器人的發展要前沿和國家的重大需求二者要并重，我們大家知道機器人的前沿，大家知道，很多文章都是關于軟柔體機器人的，我們國家也面臨著轉型升級，我們人口紅利也在消失，我覺得高端制造還是非常重要的。制造強，國家強。制造業機器人在里面扮演很重要的角色。還有我們人口老齡化、康復醫療以及在國防安全方面。

這里主要思考一下機器人的脈絡以及主要的特點。我們提到機器人發展，50年代MIT出現機器人，機器人過程中出現幾個階段，工業機器人大家家喻戶曉，隨著信息技術、傳感技術的發展，機器人慢慢有一些智能，那么由于人工智能的發展，所以機器人的智能實際上慢慢會變得比較強大，當然現在目前機器人的水平，它的期望值和人們想像還是有很大差別，比如我們工業機器人目前都在一個固定化結構里面工作，我們講智能機器人都有簡單的傳感，我們提到康復機器人都是被動式康復，所以機器人的水平和我們人類的期望值差距還是很大的。可以這樣講，機器人現在能做的事情占的比還是比較小的。不管怎么說，從第一代機器人到今天，機器人在國民發展都發揮了重要作用。

提到工業機器人，它主要在結構化環境下執行，服務機器人基本上都是一些簡單的迎賓工作，特種機器人大家知道，主要還是靠遙控操作進行工作，所以工業機器人、服務機器人、特種機器人基本上就是這三大類。它的功能與實用性與人們期望值還有很大的差距。

機器人大家知道將來會帶來一場變化，這個包括達沃斯論壇等都提出來有可能會帶來一場變化，具體帶來什么變化還有賴于具體學科的突破。這個實際上我們提到各個國家對機器人都高度重視，美國有一個國家機器人發展戰略，怎么從網絡機器人，以及歐盟強調機器人在制造中的應用，他們提出精度比較低一點，我們國家提出，尤其最近提出2025整個迎來非常好的機遇，特別是深圳市委市政府對機器人的研究高度關注，率先成立機器人的聯合制作計劃，我覺得這樣非常好，因為機器人是多學科的融合，對各個學科都說非常有幫助的。

大家知道，我們最早看到的機器人都是從搬運開始，簡單的搬運工作慢慢發展到噴涂再到焊接，將來可能做一些其他工作，之前的工作都在做一些簡單的、重復的、笨重的、變化比較少的，將來的機器人可能做一些靈巧的、能工巧匠的工作，當然這個有賴于技術的發展。慢慢發展到有一些個體的智能，今年有群體的智能，可以看到機器人的發展過程中，可能以前是零件的簡單交互，慢慢發展到人與環境的復雜交互，什么叫復雜交互，后面解釋。

機器人永恒的主題，我覺得第一點還是很重要的，高速、高精、重載、高可靠、高安全性。我們應該看到我們機器人有很好的機遇，但是我們確實還是有差距，具體體現在速度等。其二是人機環境共融，除了性能好之外，機器人怎么樣與作業環境與和其他機器人之間自然交互，自主適應復雜性任務。大家可以看出來，這是美國行走機器人，怎么樣能夠在這種環境里面自立行走，這是英國的機器人，怎么樣在狹窄的環境里面工作，包括雪地、冰面、爬山。第二，連體機器人怎么在狹窄的空間里面工作，怎么樣與環境適應。第二個特點，將來肯定是機器人與機器人之間的多集群的互助互補，舉個例子，一個是瑞士的工作結果，還有是《Science》雜志上發的文章，同時群體之間有感知、博弈等特征，第二個更重要的特點就是我認為機器人與人的協同作用，現在機器人還是單個人工作，現在機器人的合作可能有一個剛性的增長，將來怎么樣人發揮人的優勢，人機合作、人機共融還是非常重要的，這里面需要的結構可能就是它們提供人體的所需運動，還有肢體的放大，另外要精確理解人體的行為意圖，就是所思即所達，這里講的是英國仿生的手怎么系鞋帶，一個手系鞋帶是可以的，兩個手怎么系鞋帶，這是一個難題。我們認為，未來的機器人發展方向之一，我們認為就是這三個共融，當然這個概念我這里有一個，像我們認為將來機器人一個方向就是共融機器人，一方面它的結構可能是靈巧的結構，是剛和軟的，有可能有無限多的自由度，感知是多模態的，相互理解，個體行為自立以及群體的智能與協作。

我覺得中國機器人未來的發展，我覺得必須基礎理論先行，一個行業的發展離開基礎的引領，可能你做出來的機器人在國際上很難有競爭力。一個我覺得很重要的以前都是剛體的結構，將來可能有彈性的結構，有軟體的結構，它就非常復雜，所以這里面，我也是1986年開始讀博士，那時候我們國家863計劃都是剛剛執行，基本上都是剛體以后慢慢發展到有柔性的，今年我覺得是剛、柔加軟，理論和計算量變得非常突出，剛和柔就非常難，你想想一個廠家連機器人的動力學都不清楚，它怎么可能造出來重載的機器人。所以機器人能夠在國際有一席之地，這次會議我看到邀請到很多國際上知名的教授一起交流。第二，像這種剛和軟里面有很多問題，包括機理，變剛之后怎么適應和控制。

第二個問題，就是人的信號，怎么相互了解。第三個講的在多智能體之間的相互協同，大家看到有1000多個自主體它每個自主體有自己的功能，同時整個智能可以利用簡單的規則。這是他們一些結果。

剛才提到三個問題，一個可能機器人最主要它的結構可能將來剛和軟的結構，第二在傳感方面是多模態的，尤其是人體的機電信號和腦電信號，第三怎么使機器人有群體的機器人，怎么樣通過簡單的規則，個體能自主，群體也能合作，這個是跟計算機研究方向是非常相關的，我們一個研究計劃是四大學部交叉的結果，機器人里面交叉的內容還是非常多的。

第二個科學問題，主要是結構方面，結構方面將來的趨勢，很多地方的操作可能你加一個軟體物質以后，機器人應用打開很多局面。這里面也是國際上的一篇文章，它有1024個個體能夠自主，群體之間能協同，感知和信息的傳播機理，建立模型以及方法。

還有一個問題，機器人的操作系統，就是有沒有這樣一個機器人操作系統能夠對多態發布系統的信息進行管理，這一塊也是很重要的研究方向，所以機器人的研究除了結構、傳感，還有一個操作系統，這個應該是未來機器人的核心。未來機器人發展的主要趨勢可能是在跟環境、跟人之間的共融，這是我們經過專家論證的發展的方向。我們只是論證了未來機器人的一個側面，我們對這里面最主要的問題進行了闡述。

那么這里面我們研究計劃里面，將來怎么樣使剛和軟的結構合作者能夠適應，剛+柔+軟，這里面牽扯到很多，尤其是很重要一個方向，就是這種材料、結構和驅動可能一體化，將來的驅動有可能不是電機，很多方面人還是暫時很難能夠預測得非常準。第二個內容，主要是對環境內容的自然感知，這里面主要是多模態的感知，可能很重要的一個意圖，如果與人合作的話，怎么樣對人的信號進行了解，這是第二個研究內容這里面牽扯到很多信息的實時獲取、理解以及怎么樣自主學習，達到主動感知和自然交互。第三個，自主行為，我覺得群體智能應該是一個很重要的方向，還有操作系統，通過這些操作系統能夠對不同的機器人能夠實現操作，實現群體智能，群體分布協作。最后，我覺得很重要一個，代表共融機器人的特點的，要建立系統集成和驗證平臺，我們的軟件特別很重要的是數據庫、知識庫、規則庫。我們企業買了機器人，買了機器人很重要，實際上知識庫的積累很重要，還有我們的驗證平臺，這是我們計劃的三個主要研究內容。第一個內容主要是結構方面，剛和軟方面，多模態。

前面提到機器人多學科的交叉，這次我也非常榮幸參加機器人的會，前不久我參加自動化的會議，自動化跟計算機，我讀書的時候最早的文章都是人工智能先體驗出來的，數理、工材等四個學部交叉。

最后結果，我國的機器人的發展能夠建立起剛柔耦合的機器人設計理論，整個重大研究計劃是5-8年時間，總共8年，機器委是5年，我們希望能夠建立起人機共融的基礎理論和方法。

我覺得機器人是應用的載體，它最后集成的效果很重要，我覺得一方面在高端制造方面，在怎么樣形成多機器人智能加工，在康復機器人方面以及在集群方面能夠有相應的集群平臺，展示我們這樣的成果。我們第一個成果就是我們將來可能會有一些能工巧匠的機器人，我覺得我們古代的燦爛文明都是一些能工巧匠的傳承，所以我們古代我們的祖先，實際上他們的能工巧匠干出很多大型的工程，那么將來的機器人隨著傳感、人工智能的突破，我覺得會有一些能工巧匠的機器人。那么什么叫人工呢？人工就是本體性能要高，整個結構設計要非常好。第二個就是巧匠，就是工業知識與智能，日本和德國對工藝知識看得非常重，對將來的轉型升級都會有很大的幫助，怎么樣能夠把它表述，能夠變成一些規則，把它效果能夠提高上去，第一我們將來希望在重大研究計劃里面能夠出現一些能工巧匠的機器人，這里面我覺得還是有可能的。第二個就是要展示一些聰敏體貼的康復機器人，我們現在康復機器人都是被動式的，用的都是剛性結構、指令控制，我覺得聰敏的意思就是能夠感知人的意圖，對人的意圖能夠理解，體貼就是能夠順應，現在有可穿戴，很不舒服，感覺穿得不合身。第三個方向就是分工合作的特種機器人，特種機器人就是不同種類的機器人能夠完成工作，我們講的分工合作機器人就是分工，每個機器人能夠有自主的控制，同時能夠合作，所以這是我們重大研究計劃希望在這三類能夠在未來取得實際性的進展。

這里介紹一下整個計劃的實施方案。我們投資了2個億的經費，分成三類，一種是培育項目，可能是70-80萬，還有重點支持項目，深圳支持力度更加大一點，可能5個億，將來這兩個方面會出現比較好的成果。參加兩個計劃的申報，我們這個計劃可能將來會做一些動態的管理，可能會一些有創意的，想法比較有創新的一些項目通過大賽的形式，可以優先支持、重點支持，真正激發大家對機器人的興趣，雖然機器人的研究這個創意很重要，那么有了這個創意以后，怎么樣把你的創意變成載體，我覺得是很重要的一個方面。

這里面我們整個研究計劃可能頂層設計做得比較多一點，經理原創，對一些探索型的項目可能要重點支持，通過一些競賽，我們提到兩個計劃設立一個機器人大賽，爭取在國內外產生影響，能夠有展示的平臺，大賽的地點就放在深圳，可能跟會連在一起。我覺得很重要還是學科交叉，我到德國去看它們的交叉做得非常好，他們團隊里有做機器人的廠家，還有機構的，團隊6、7個人都是不同的背景，我們講學科交叉都是不同背景的人在一起圍繞著共同的目標，背景不一樣能夠起到非常好的效果，我覺得這個計劃最好還是鼓勵青年學者，另外很重要的就是深圳的計劃進行互助互補，深圳的這個計劃名字取得非常好，深圳機器人基礎研究中心，離開了基礎就沒有了動力，我們導師說，制造科學才是先進制造的源泉，一直教導我們怎么把科學作為引領，最后技術突破，形成很好的補充，所以我們跟深圳的計劃進行互補、銜接，共同把我國的機器人研究推上一個臺階。也希望主辦高層的論壇，我們將來也會研究一些這樣的方式，未來機器人國際高層論壇，還有刊物展示我們的成果，還有另外一個方面是通過競賽，能夠把整個研究氛圍能夠把它提升。

這是我們項目的情況。

最后簡單總結和展望。現在來講，工業機器人是未來發展方向之一，機器人門類很多，它的發展跟學科的交叉非常突出，所以機器人的研究問題非常多，我們展示的應該是整個機器人里面其中一個部分，不管怎么樣，將來機器人要能夠取得突破的話，一定要和人、環境、機器人之間達到共融，為了實現共融，在結構、感知等方面要做出大的突破，這樣才能有真正的發展后備力量。我們整個研究計劃的目標還是建立起人機共融的基礎理論和實際方法。

這里面展示一下我今年剛參加瑞典的斯哥哥爾摩的大會，我們看到MIT的剛和軟的3D，可以看出這些小的方面體現很大難點的解決，還有韓國的首爾國立大學副，這些概念都非常好，你看有軟的，我們通過競賽的方式把這些想象釋放出來。

最后可能講一講，我覺得將來機器人發展，大家知道機器人這個詞最早出現是一個科幻小說家寫出來的，所以機器人將來的發展應該來講對想象的空間還是大的，探索的空間也非常大，應用的空間也非常大，將來我希望在機器委的支持下，能夠激發學者廣泛的興趣，能夠在各自的領域有想象的空間，這是展示未來太空里面機器人和宇航員的合作，所以機器人的研究方向它想像空間非常大，它探索空間也非常大，它應用空間也非常大，所以我們這里提到的應該是整個機器人里的冰山一角，真正有哪些問題需要我們研究，我想再通過交流和實施不斷發現問題，最后讓機器人的水平能夠上一個臺階，能夠出一些豐碩成果，我想應該是指日可待，尤其是深圳這樣的城市，機器人的研究是非常有前景的。我的演講到此為止。

主持人：謝謝丁漢先生的了解，我們都理解了什么機器人，機器人跟環境跟人的共融。下面觀眾提了一個問題，我想用一個案例的方式提出來，我們知道香港都是推山建島建起來了，前面是鋼筋鋪的地面，尤其機器人需要定位，鋼筋對機器人有很大影響，最后把鋼筋變成玻璃鋼，為了機器人適應環境，成本是非常高的，我們現在用共融的方式，如何通過做一個更好的機器人，來適應一個通常的環境，能不能把共融機器人的成本如何降低能不能講解一下。

丁漢：這個問題提得非常好。實際上也是一個階段，改變環境讓機器人能夠適應，這種成本以及很多方面帶來一些變化還是不太方便，我們講功能機器人，我們這里講的不是改變環境，而是增加機器人感知的功能和它熟悉的能力，最后能夠對這個環境適應變化，經歷幾個階段，有被動的，有主動的，我認為自主的、主動的是更加關鍵的研究方向。

雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。