在人類歷*，當某種技術被全力推進時，往往會催生一大批相關的*。

　　二戰后美國的阿波羅計劃就是典型例子，沒有阿波羅計劃，諸如高速計算機這樣的技術是不可能誕生的。正因如此，從上世紀60年代后期開始發展的智能機器人技術，也正在對許多*產業和科學研究起著重要的作用。

　　機器人技術的發展與基本元素

　　早期機器人主要表現為簡單的操作手，其任務是抓取部件，進行位置變換或工位轉移，并完成一些單一的加工處理任務。隨著操作手在工業生產過程中數量逐漸增多、任務日益多樣，操作手之間開始交互和聯結，形成上下游鏈條關系，并zui終實現了工業生產中機器人和機器人構成的流水線。在這一階段，機器人代替人工作，降低工人的勞動強度及技能要求，并能提高產品的質量及穩定性。

　　隨著空間技術的發展，空間機器人應運而生。其主要任務是在太空環境下對航天器表面進行檢測和維修。空間機器人不再工作于結構化的環境、完成既定的任務，它隨時隨地需要對周圍工況進行感知和判斷。

　　在復雜工況下完成任務的需求對機器人技術的發展起到了革命性的推動作用，使機器人技術從執行單一任務的研究，發展為結合傳感器、控制器、執行器的集成技術。這一階段，機器人可以完成人不能完成的任務，拓展了人類工作范圍，突破人類在生理上的限制。

　　近20年來，微電子、通信、計算機、人工智能、控制和圖像處理等學科的突飛猛進，為機器人的高度智能化奠定了基礎。機器人不再是冷冰冰的生產工具，它逐漸成為日常生活中人類的助手和伴侶，在生活、健康、娛樂等多方面對人類提供服務，由此產生了巨大的服務機器人產業。比如，在家庭醫療監護方面，普通家庭往往只有一個溫度計，必須等到病征明顯才能發現疾病。醫療機器人可工作于家庭環境，對用戶的生理狀況做自動測量并對生理指標進行智能判斷或提交醫護人員，及時報警、提早診斷，達到“治未病”的效果。同時，醫療機器人還可幫助醫生實現復雜的手術，減小創口、擴展視野、提高靈敏度和可控性。再如，在家庭服務方面，機器人可像一個管家一樣對家居生活進行全方面的照顧，輔助老人和小孩料理生活，并在主人離開時，實現家庭監控。在這一階段，機器人的工作對象發生了根本性的轉變，由物及人，成為人類的朋友和伙伴。

　　盡管機器人種類千差萬別、任務多種多樣，但從機器人科學技術的本質上來說，主要包含三個基本要素，即感知、決策和動作。

　　感知功能：機器人信息的輸入，就像人的五官負責采集工作環境的數據一樣。感知技術主要是傳感器技術和通信技術，前者負責將實際世界的物理特性轉換為機器人可理解的數字量，而后者則負責將數字量快速、無誤地傳遞到機器人的決策層。

　　決策功能：機器人智能性的表現，就像人的大腦對感知到的信息作出判斷并為下一步動作發出指令。決策技術主要是人工智能技術及智能控制技術，它要求機器人能夠實時地、閉環地處理各類工況，而不僅僅是*按照預定程序進行開環執行。

　　動作功能：決策器的命令必須得到執行，而執行需要由一系列動作來得以實現，就像人的運動系統在大腦的命令下產生實際動作一樣。實現動作功能的主要技術為執行機構技術，包括手臂、手爪、移動平臺、驅動器，同時也涵蓋了執行機構的控制器，如電機控制器、壓力控制器等等。

　　智能機器人技術的特征

　　機器人科學與技術有著顯著的特征。

　　首先，機器人技術是智能技術。智能性是機器人的核心，這也是機器人之所以能夠稱之為“人”的主要原因。智能性表現為對工作環境的自動識別與判斷，其工作指令根據反饋信息自動生產，而不是基于開環設計。智能性也是機器人技術的難點，盡管目前人工智能技術已經獲得了較大的突破，但相對于人的智能而言，機器人還十分笨拙、聰明度很低，尚需改進。

　　其次，機器人技術是綜合性技術。綜合性是指機器人技術是集成技術，是典型的交叉學科。機器人技術的發展，必須建立在單一技術發展之上，而任何一個單一技術的突破，都可為機器人技術帶來革命性的轉變。例如MEMS技術的發展，使機器人小型化成為現實，催生出諸如血管機器人等一系列的微型機器人。

　　第三，機器人技術要求實時性。不管是早期的工業機器人，還是現在的空間機器人、服務機器人，都要求對現實情況作出快速的反應。機器人的工作，歸根到底就是人的工作，甚至是人類活動的拓展和延伸。人能夠快速地對各種不可預知的突發情況作出實時的響應，這就要求機器人也必須有此能力才能保證工作任務的完成。

　　第四，機器人技術是交互技術。機器人是人類的朋友和伙伴，就必須能夠理解人的意圖和思想，就必須實現與人和社會的交流。例如語音識別技術和語音合成技術，就是幫助機器人“聽”懂人類的語言，并將自己的回應轉化為語音“說”給人類聽。人機交互技術的本質就是讓機器人具有與人交流的能力，并且這一交流過程越自然越好。

　　第五，機器人技術是平臺技術，能帶來*的平臺效應。機器人技術是仿人技術，人能做什么，機器人就能做什么。因此，機器人技術實際上是一個技術平臺，搭配什么樣的任務，就能變成特定的機器人。例如，將機器人配置為駕駛員，則可實現無人駕駛車，將機器人設計為飛行員，即為無人機。

　　智能機器人對*產業的作用

　　機器人技術整合各領域的研究成果，有機集成各領域的技術優勢，并且應用范圍廣泛，因此，對現代化的新技術產業有著極其重要的作用。

　　*，對制造裝備業的作用。在制造、裝配、加工等行業中，機器人著更新換代和產業轉型。目前，我國工業競爭力主要來自于廉價的勞動力資源，形成了眾多粗放型、勞動密集型產業。然而，此發展模式的弊端日益凸顯。一方面，隨著國民收入的增長，我國的勞動力成本逐年增加，相對于越南、馬來西亞、泰國等東南亞國家而言，已無優勢。另一方面，此模式導致我國*處于產業價值鏈末端，以加工業為主體，附加價值小，抗風險能力差。因此，產業轉型與升級、變“中國制造”為“中國創造”迫在眉睫。機器人技術在工業生產中具體表現為工業生產流水線和各類智能設備與裝置，將提高制造裝備的智能化水平，大大提升生產效率、產品質量、作業安全性，并增加產品的種類。只有擁有高精度、高可靠性的工業機器人才能保證制造產業的高附加值、高創新性和高技術瓶頸，才能提升我國制造業的水平。同時，高質量的服務機器人需要高質量的機械元器件，包括微型電機、傳感器等。機器人的高速發展將要求這些機械零部件具有更優的性能。

　　第二，對家用電子行業的作用。在電子行業，機器人著電子產品的性能和需求。服務機器人zui終將成為一種家用電子產品，正如洗衣機、冰箱一樣。同時，與傳統家電相比，服務機器人是種類繁多的電子產品，不僅有老人或小孩的，也有工人的，不僅有家庭的，也有社區的。一個機器人是由眾多電子元件搭建而成，用戶對機器人的高要求，實際上就轉化為對電子元件的高要求；機器人市場的擴大，實質上也必將帶動電子元件市場的擴大。同時，機器人的智能技術與電子產品相結合，將形成一大批具有智慧的電子產品，*提升電子產品的性能，增加電子產品的種類。

　　第三，對醫療診斷業的作用。在醫療器械產業中，機器人著家庭監護的普及和醫療水平、生活水平的提高。其*表現就是健康水平的提高，人們對健康的重視，必將帶來家庭監護的廣闊市場。機器人技術集成了生理參數采集，生理指標判斷，遠程醫療等各種功能，將成為未來家庭生活的*產品。同時，將機器人運用于手術過程，可輔助醫生提高動作的穩定性、度、靈活性。例如達芬奇手術機器人，可將醫生在病人體外的動作傳遞到機械臂，轉化為手術器械在病人體內的動作，從而完成以前很難完成的*。盡管其價格高達數千萬人民幣，但目前銷量已上千臺，由此可見，醫療機器人的市場前景十分廣闊。因此，機器人技術對醫療診斷業的作用表現在醫療儀器的家用化、便攜化、小型化和智能化，另一方面也表現在提高醫療診斷水平上。

　　第四，對儀器儀表業的作用。在儀器儀表行業中，機器人著傳感器的研發和革命，為了達到甚至超越人類五官的靈敏度和分辨率，機器人所使用的傳感器必須具有高質量和多樣性。目前，味覺和嗅覺傳感器的研發zui為滯后，此根本原因就在于過去對此類傳感器的需求不夠，因此研發投入就少。機器人技術的發展，將會對此帶來直接需求。比如，目前已有的炒菜機器人僅能按照預定的程序實現烹飪，如果能夠加入味覺和嗅覺傳感器，則將會引起一場飲食革命——機器人可根據人的口味設定，自行地增加或減少各種作料，zui終調節到*口味。
 

　第五，對航空航天的作用。在航空航天產業中，機器人著長距離的空間探索以及航天器的低成本和自維護。機器人已成為空間探索*的工具，特別是在耗時長、路程遠的深度空間探索中，如月球、火星探索，機器人已基本取代了人的作用。同時，在近地軌道空間中，用空間機器人對衛星進行維護，或是直接將機器人技術運用到下一代衛星設計中形成智能衛星，已成為提高衛星壽命、降低使用成本和自我防衛能力的必經之路。智能機器人在航天方面的作用不僅體現在對航天器的維護保養、提高性能上，而且開辟了新一代航天器的發展途徑。

　　智能機器人對相關學科的作用

　　對產業的作用，僅體現了機器人在實際應用上的效果。但作為一種集成技術，任何一個機器人技術的突破都必須建立在單項技術的革命上。因此，大力發展智能機器人技術，必將帶動相關學科的發展，對學科的基礎研究同樣起著重要的作用。

　　*，圖像的理解。視覺是人類獲取信息zui重要的來源。人看到一幅圖像，馬上能夠理解圖像的內容和含義。然而，機器視覺并非易事。現有的機器人主要還是以壓力傳感器、位置傳感器等工業傳感器為主，盡管機器人開始有搭載攝像頭的趨勢，但對視覺的理解仍然較低，往往需要有明顯的特征點作為輔助，同時抗*力弱，對光照條件，部分遮擋等常見問題不能找到可靠的方法。機器人技術對圖像理解的要求是迫切的，也是急需的，它是保證機器人能夠工作于人類生活環境的重要條件。因此，對智能機器人的研究勢必提高人類對圖像的深入理解。人類對圖像的理解十分基本也非常重要，目前已經對許多領域（如醫學、氣象、航天等）產生了巨大的影響。

　　第二，人與機器的交互。機器人作為一種可以被稱之為“人”的機器，必須具備和人交互的能力。人和人之間的交流，主要以語言為主，這就涉及到語音識別、語音合成、自然語言理解等眾多領域的研究。同時，機器人可配搭超過人類感知能力以外的傳感器，可使得人機交互水平甚至高于人和人之間的交互水平。zui典型的例子就是腦機接口，通過采集人的腦電波信號，利用信號處理、特征提取、模式分類等技術，即可將其意圖進行識別，并直接被機器人所理解。

　　第三，智能的描述。究竟什么是智能，智能在人腦中的儲存方式和表達方式是什么，如何描述智能等一些問題既是哲學問題、生理學問題、認知學問題，同時也是機器人學問題。人工智能的發展，已經對智能作出了初步的描述，如符號主義、聯結主義、行為主義等。但這些研究以及基于這些研究的具體實現，目前都不能地表達智能存在的方式。智能提取是指如何去學習和獲得人類已有的智慧，并通過具體的描述方式，讓機器人得以掌握，并根據新的數據自發地推理、派生和演化出新的知識。對于智能提取的研究，已經誕生了神經網絡、統計學習、專家系統、模糊推理等多種智能提取和運算方法。為了讓機器人更加聰明，具有堪比人類甚至超越人類的智慧，必須加深智能本質的研究。

　　第四，規劃與控制。機器人要獨立自主地完成工作，就必須對自身的行為進行規劃和控制。規劃涉及到動作規劃、任務分配、工作調度、工程優化等，而控制涉及到姿態控制、運動控制、能量控制等。目前，規劃和控制理論主要應用于工業、航天、軍事等領域，具有環境定義明確、工作任務結構化等特點。如何保證機器人能順利地工作于人類日常生活環境，研究非結構化工作場景的智能規劃控制方法極為重要，在理論、算法研究、實際應用等多層面都極可能產生全新的成果。

　　第五，網絡的推廣。單一的機器人是分布式的工作節點。如果將機器人連接成為一個網絡，即可形成信息量大、功能強、任務復雜的大型網絡平臺。計算機網絡的實質是信息的互聯，物聯網的實質是實際資源的定位，而機器人網絡除了具有信息、資源互聯網，更增加了工作任務互聯、行為動作互聯、決策管理互聯等更高層次的網絡環境。機器人網絡給人類生活描繪了美好的前景，同時其順利實施也必須以網絡技術為前提。這就要求網絡的實時性、安全性、穩定性都得到大幅度的提升，從而直接推廣了網絡的研發和應用。

　　迎接千家萬戶的機器人時代

　　目前，相關領域的技術突破，從根本上為提升機器人技術的學術研究提供了必要的支持，為機器人的應用范圍拓寬了道路。機器人的應用范圍已涵蓋國防、航空航天、服務、教育甚至普通家庭生活，一場新的機器人技術研究高潮和發展契機業已到來。在這個承前啟后的關鍵時刻，讓我們先閉起眼睛，夢想一下，下一代機器人到底會對我們的生活帶來怎樣的影響。

　　當人們每天為交通堵塞而苦惱時，人們夢想有一種全自動汽車可以將主人從家里送到辦公室，這是zui安全、zui節能、zui省時的交通工具。全自動汽車，實際上就是一個具有負載能力的移動的機器人。其zui終的目標是實現交通的自動駕駛、*、*路徑選擇、智能交通管理。實現自動駕駛要求機器人進行駕駛員行為學習，這將機器學習理論的發展；*要求機器人進行環境識別和運用車車通信等技術手段，這將圖像識別、故障診斷、車載通信等技術；*路徑選擇，要求能按照地圖實現*的導航策略，這其中涉及地理信息系統、路徑規劃、優化理論。

　　當人類逐漸步入老齡化社會，人們夢想是否有一種機器人老人伴侶，他能在家居環境中為老人的生活提供照顧，并對老人的生理狀況進行監測，發生異常時，及時報警。為監測生理狀況，就必須研發*的生物傳感器，為照顧生活，就必須識別老人的意圖；為監測異常，就必須具有行為識別能力；為及時報警，就需要實時網絡通信。

　　上述兩例充分說明了千家萬戶的機器人時代將是人類在可見的未來能實現的夢想。加大對智能機器人科學的基礎研究，加強對機器人核心技術的攻關，培育機器人產業的市場前景，不僅能夠帶動智能機器人技術本身的發展，同時也必將其他相關*的發展和壯大。

　　讓我們舉起雙手，迎接千家萬戶的機器人時代來臨吧！

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