未来机器人什么样？ ——让《美国机器人路线图》告诉你

微言创新 · 公众号 · · 2017-06-29 20:22

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《路线图》提出：在5年内手术机器人将实现：新的设备和算法，更好的人机交互，集成实时传感器和数据库信息的控制接口和导航系统，满足适应患者组织环境的外科医生全套物理反馈系统，可靠性管理；在10年内将实现：直观、透明的人机交互，人机接口能估计用户的意图，而不是简单地执行可能错误/有缺陷的命令；在15年内将实现：感知人的运动和推断操作者的意图，提供操作者适当的力反馈算法。

（四）国防和公共安全机器人

由于要应对公共安全领域的突发威胁，国防和公共安全机器人的安全性、耐久性和可靠性至关重要，同时人机协作能力、自主性、互操作性、防篡改能力、通信能力和生存能力等需进一步完善。从单机简单任务实施，到极端环境下多机多任务自主控制，并具有自修复和自诊断能力。未来无人系统与人类将实现跨领域联合协作。

（五）空间机器人

空间机器人可以有效替代人类执行行星表面巡视、土壤采样、成分分析、小行星捕获等星际科学探索任务，以及航天器故障检测、模块更换、燃料加注、目标抓捕等在轨维护任务，从整体上降低航天任务的成本与风险，使得人类对危险的、甚至无法到达的外太空环境进行认知与改造成为可能。

未来空间机器人将向多冗余机械臂、多目标柔性抓取、高精度多模感知、星际间通讯及多机器人协同等非结构环境下的技术应用发展。

二、机器人共性技术研究路线图

针对机器人不同应用领域的共性技术，《路线图》指出了8项值得关注的共性技术，并提出了未来5、10、15年的阶段目标（请阅读本公众号6月21日文章）。

（一）机构与执行器（Mechanisms and Actuators）: 机器人机构从简单刚体向多自由度复杂结构发展，特别是MEMS技术和新型软体聚合物材料的发展，使机器人设计更加高效、优化，打破传统软硬件的界限。

（二）移动和操作（Mobility and Manipulation）: 仿生学研究非常关键，重新理解、发现新的运动方法和工具。机器人操作领域的研究，将主要面向开放、动态、非结构环境，这些需要新的机构、感知技术和高精度控制模型。

（三）感知（Perception）： 对机器人的感知能力的要求越来越高，包括几何形状、声音、视觉、扭矩、触觉、环境物理等多维信息;为了应对复杂、高噪声的动态环境，需要研究实时、可靠的多传感器融合的感知算法。

（四）形式化方法（Formal Methods）: 机器人系统中主要用来推理和验证机器人的安全性，主要包括：不确定的非结构环境、安全行为退化（故障）、机器学习安全性、人机交互等领域。

（五）学习和适应性（Learning and Adaptation）: 随着机器人更多地进入非结构环境，机器学习可以提高机器人的适应性，并快速执行任务。

（六）控制和规划（Control and Planning）: 未来机器人控制和规划算法需要处理更多不确定性、环境误差和自由度的控制问题，包括不确定环境下的任务与运动规划、从理论模型到实际应用、约束优化、复杂操作、多维动态环境、多机器人协作等。

（七）人机交互（Human Robot Interaction）: 机器人说到底是要与人打交道的，因此，人机交互技术显得非常重要。包括：人机交互界面、适应人类的感知和建模、社交能力、协作系统、以机器人为媒介的通讯、共享控制、长期交互、安全性等。