学习机器人无从下手？带你体会当下机器人热门研究方向有哪些

Posted 2022-07-08 生如昭诩

前言

21世纪的新兴技术如同繁星一般，它们纷涌而出在各个领域绽放着属于自己的光芒，对于控制系本行的我们来说，更加关注的当然包括机器人在未来的发展。在今年的1月份，我国工业和信息化部等部门联合印发了《十四五”机器人产业发展规划》，提出从技术突破、拓展应用、打造生态等多个维度推动机器人产业高质量发展。专家表示，机器人产业是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，也是实现智能制造的关键载体。在《规划》指导下，到2025年，中国有望成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。截至2021年，中国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国，不仅是因为当前处于一个机器人领域炙手可热的年代，也是为了自己心目中孩童时期机器人无所不能的梦想，深入学习并掌握机器人都是我们渺小而伟大的希望。

从个人角度分析，未来机器人的研究方向可以重点分为以下四个部分， 以视觉技术为核心的人工智能化方向，特殊工作机器人，系统集成化机器人规模应用以及人机协同技术的发展，这里简单从这四个方面进行阐述。

一、机器人与人工智能

对于机器人来说，正如它脱身于的基础专业，更多的是自动化的概念，用于完成人类所指定的目标任务，但是这样的机器人仅仅只是人类的一种“外延”，随着新世纪人工智能技术的发展，尤其是在视觉领域的不断突破，机器人的智能化水平正不断提高，在加上大数据技术和高水平的通信技术发展，智能化机器人领域不断拓展。

• 敏感触觉技术——机器人的皮肤

敏感触觉技术指采用基于电学和微粒子触觉技术的新型触觉传感器，能让机器人对物体的外形、质地和硬度更加敏感，最终胜任医疗、勘探等一系列复杂工作。通过对于传感器数据的精确采集和处理，完成目标任务。在2021年，香港城市大学团队研发出一种高度敏感的触觉传感器数组，能够媲美人类的皮肤触感，研究结果刊登于学术期刊《科学．机器人学》，题为“具有外力自解耦触感超分辨率的柔性磁化皮肤”。

• 情感识别技术——机器人的心理

赛博朋克的概念我相信大家最近都有所了解，正如经典的电影《银翼杀手》中的主旋律，机器人的情感一直是人类所重视的方面，对人类的面部表情进行识别和解读，是令机器人理解人类从而进一步产生感情的第一步。情感计算从本质上，是一个典型的模式识别问题。智能机器通过多种传感器，获取人的表情、姿态、手势、语音、语调、血压、心率等各种数据，结合当时的环境、语境、情境等上下文信息，识别和理解人的情感。机器人获得类似人类的观察、理解、反应能力，最终可以应用于机器人辅助医疗康复、刑侦鉴别等领域。

• 自动驾驶技术——机器人驾驶

对于自动驾驶来说，其实严格上放在这个领域并不合理，无人驾驶的本质一定不能是人工智能，但是机理与人工智能的结合毫无疑问是当前研究的重点，对于数据的处理和预测规划，其中当然离不开人工智能。应用自动驾驶技术可为人类提供自动化、智能化的装载和运输工具，并延伸到道路状况测试、国防军事安全等领域。

二、特殊机器人

特殊机器人，这里主要指的是仿生机器人以及那些在特种环境工作的机器人，为了满足人类对于特殊条件下的需求，近年来无论是四足机器人、无人机以及那些特殊的工业机器人都得到了长足的发展。而随着国内人口红利和生产成本的上升，这一类的市场正在逐步凸显。这里简单举一些具体实例。

• 微型机器人：

下图中的机器人名叫HAMR-JR，外形灵感来源于蟑螂，微小的身躯使用了各种微机械运动科技，成为迄今为止最灵巧的微型机器人之一。可以奔跑，跳跃，搬运重物并扛起一角硬币。微型机器人的应用领域十分广阔，它可以用于航海、农业、通信、航空航天、家庭和医疗等方面。例如：扔下成千上万个微型机器人去咀嚼轮船底部的贝类和苔藓，能节省航行能源；将成千上万个微型机器人撒在庄稼地内，让它们去咬死害虫，减少农业的损害使之有好收成；飞行微型机器人载着湿度仪和红外传感器在田野上飞翔，当发现农田有干旱现象时，便降落在灌溉系统的阀门上，将干旱信息传输给传感器，打开阀门，定量灌溉农田。

• 排爆机器人：

下图中机器人是某集团军所演练的新型排爆机器人，在操作手的遥控下能够迅速的穿过指定地点，在判断不同物体后完成对于爆炸物的销毁，能够在部分环境下代替部分人工作业。即使是现在，在世界上许多战乱国家中，到处都散布着未爆炸的各种弹药。例如，海湾战争后的科威特，就像一座随时可能爆炸的弹药库。在伊科边境一万多平方公里的地区内，有16个国家制造的25万颗地雷，85万发炮弹，以及多国部队投下的布雷弹及子母弹的2500万颗子弹，其中至少有20%没有爆炸。在许多国家中甚至还残留有一战和二战中未爆炸的炸弹和地雷。排爆机器人的应用前景十分广阔。

• 挖掘机器人：

下图中是NASA采用的RASSOR探测器，用于对其他外星球表面一些有价值的资源如水、氧气、火箭推进燃料等进行挖掘开采，在外星球上实现人类的需求。而对于挖掘机器人的应用，在今年的1月份，中联重科发布的基于人机协同技术的挖掘机器人，更加让人感到震撼，应用人工智能、智能控制技术等先进技术，让挖掘机不仅能和操作人员交流互动、自动作业，能够实现看得懂手势指令、听得懂语音指令、自动精准执行动作。

• 软体机器人：

采用柔韧性材料进行机器人的研发、设计和制造。柔性材料具有能在大范围内任意改变自身形状的特点，区别于传统机器人电机驱动，软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料，它既能在人们的指示下前往既定目标，以小小的身躯承担重物，翻阅陡坡，无论是在严寒还是酷暑中都能正常使用。在管道故障检查、医疗诊断、侦查探测领域具有广泛应用前景；

三、智能制造系统集成下的规模化应用

“智能制造”，同样是新时代炙手可热的领域，而因为生产的规模常常十分巨大，制造业等诸多企业需要系统集成化考虑。而由于成本效益和技术问题，对于智能制造下的机器人应用也集中于某个环节的应用，并不会从整体生产出发，对于大规模的机器人集成及协同调度，毫无疑问是十分重要的一个方面。

• 机器人云服务技术：

机器人云服务技术指机器人本身作为执行终端，通过云端进行存储与计算，即时响应需求和实现功能，有效实现数据互通和知识共享，为用户提供无限扩展、按需使用的新型机器人服务方式。云机器人（Cloud Robotics），试图调用云计算和云存储等功能，以融合基础设施和共享服务为机器人系统提供服务。当连接到云端时，机器人可以受益于云服务器提供的强大的计算、存储和通信资源，处理和共享来自各种机器人或代理（其他机器、智能对象、人类等）的信息。用户还可以使用终端（如手机app、电脑web或者电脑客户端）与云机器人系统交互，并将任务远程委托给机器人。云计算技术使机器人系统具有强大的能力，同时通过云技术降低成本。

• 多机器人系统通讯技术：

对于多机器人的控制涉及到多台机器人的队列管理算法，需要将任务分配给多个系统，高效执行任务并完成调度管理，这一方面的技术常常需要配合路径规划、任务调度以及冲突消解等多方面技术使用，是规模化的机器人生产车间所必要的内容。

四、人机协同技术

一方面是由于随着技术的发展，人们开始逐渐认为单纯的机器人是不合理的，当下最好的选择就是人机协作，它作为大幅提升生产效率以及品质，丰富人类社会创造力的人工智能核心技术，作为实现全社会的产业创新、提升国家竞争力的关键因素，被给予了高度的重视。

• 生肌电控制技术：

生肌电控制技术利用人类上肢表面肌电信号来控制机器臂，在远程控制、医疗康复等领域有着较为广阔的应用。上图中是麻省理工学院开发的一个计算机关联模型，通过算法解码肌电信号并于抓握类型关联，由此控制气动系统控制假肢。

• 脑机接口技术：

脑机接口技术：BCI，含义就是在人机之间建立直接的中枢信息交互。，指通过对神经系统电活动和特征信号的收集、识别及转化，使人脑发出的指令能够直接传递给指定的机器终端，可应用于助残康复、灾害救援和娱乐体验。在2021年4月马斯克向世界展示了猴子玩乒乓球游戏的场景，让一场悄无声息的一场颠覆式创新技术领域的革命即将拉开序幕。

• 人机协同的未来

对于人机协同技术来说，也正面临着挑战与进步，从人创造工具的逐渐复杂化，再到机器人的逐渐智能化，人机关系的未来存在着不同的说法。这里给出一种主流的想法是“人机共生”，让人类正视自己的天赋，做到人机共同创造，无论是近年来的AI作曲、AI写诗还是AI绘画，都在证明这这一点。回归创造者的使命，装备上创造所需要的心、眼、脑、手，去看去爱去体验。知识可以学习，但智慧更多是一种体验。把技术当成伙伴和切磋的对手，去行动，去试验，去创造。

总结

注：本文部分参考了知乎回答：机器人领域研究热点与机器人前沿技术

本篇博客重点从四个方面，即以视觉技术为核心的人工智能化方向，特殊工作机器人，系统集成化机器人规模应用以及人机协同技术的发展方面，介绍了机器人的主流研究方向，并给出了一些核心技术以及应用实例，旨在梳理机器人技术的研究分支，为今后的机器人系统学习理清思路，下一篇博客将会从机器人开发的第一步，建立模型出发，敬请期待。