机器人自从1959年诞生以来在各方面都取得了很大的应用,特别是在汽车工业,近年来在康复医疗、国防、太空探索以及自然勘探方面都得到了很好的应用。人类发明机器人的目的最早是代替人,然后发展到服务人,将来是扩展人,就是可以从人类发展过程当中看出来最早是在一些恶劣的、极端的环境之下代替人,然后慢慢地为人服务,扩展出了一些新的功能。
现实当中的机器人和我们的期望值有很大的差距,例如工业机器人,目前大多在一些结构化的环境当中工作,在线传感能力都是比较差的,服务机器人目前还只能完成一些简单的任务,特种机器人都是需要遥操作来完成特定的工作。所以可以看出,现实当中的机器人和我们人类的想像还有很大的差距。
最早的机器人在五十年代就是一个Manipulator,慢慢地随着模拟传感器的发展开始进行一些自主的决策,然后又开始做一些群体的智能,刚开始是简单的工业机器人,慢慢地开始进行复杂的交互。未来的机器人操作的环境可能会和操作者更加协同来完成这样复杂的工作,所以未来机器人会有这样几个特征。
这是未来的一个趋势,就是机器人环境的适应,还有机器人和机器人之间的协同,比如多机器人可以进行协同工作,完成一个复杂的任务。实际上多机器人可以协同,单机器人可以自主,这也是未来的一个方向。还有就是机器人和人的协同,这是英国的机械手,可以看到假手和人手进行协同。以前我们都是刚的机器人,慢慢地可能发展到刚软机器人。可以看到和人交互的时候刚度的变化,还有人机交互的动力学,这也是未来机器人研究面临的第一个挑战。面临的第二个挑战就是对人的信号怎么理解,尤其是多模态的信号在动态环境下的表现,还有人的机电信号怎样进行交互,这也是和人互动必须进行的相关研究。
作为群体智能,一个很重要的标志就是个体之间有自立、群体之间有合作,需要研究群体智能的机理以及分布式的操作系统能够对机器人所有的资源进行有效的管理。正是在这样的前提之下,很多专家进行了近两年的研讨,最后基金委重大研究计划正式发布了,希望能够对未来机器人的这三个特点做一些理论上的研究,也为机器人的研究提供后续发展的动力。这个计划叫做共融机器人,这个英文翻译经过了仔细的考虑,主要具有三个特征:要是在一起Co-existing,就把机器人从一个被动的角色变成Partner的角色,机器人和人之间形成这样一个系统。
为了实现这样一个目标,无论是对机构、传感还是操作系统都提出了很大的挑战,将来机器人可能是一个刚柔软的偶合结构,可能会有无限多的自由度。传感不一定是单模态,可能是多模态,另外对人的信号理解也会很重要。还有一个特点就是群体智能,单个的群体智能和多个的协同,还有怎样能够满足这样一个合作任务。我们研究最主要的核心问题是要从机器人最原始的三个部分,就是结构、感知、控制开展研究,支撑下一代或者未来机器人的可持续发展。这里主要是机构方面更加强调刚柔软,传感方面强调多模态,分布式要有自己的机器人操作系统和相关规则的制定。