智能機(jī)器人引領(lǐng)高新技術(shù)發(fā)展

　　【導(dǎo)讀：加大對(duì)智能機(jī)器人科學(xué)的基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)對(duì)機(jī)器人核心技術(shù)的攻關(guān)，培育機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，不僅能夠帶動(dòng)智能機(jī)器人技術(shù)本身的發(fā)展，同時(shí)也必將引領(lǐng)其他相關(guān)高新技術(shù)的發(fā)展和壯大。】

　　在人類歷史上，當(dāng)某種技術(shù)被全力推進(jìn)時(shí)，往往會(huì)催生一大批相關(guān)的高新技術(shù)。

　　二戰(zhàn)后美國的阿波羅計(jì)劃就是典型例子，沒有阿波羅計(jì)劃，諸如高速計(jì)算機(jī)這樣的技術(shù)是不可能誕生的。正因如此，從上世紀(jì)60年代后期開始發(fā)展的智能機(jī)器人技術(shù)，也正在對(duì)許多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和科學(xué)研究起著重要的引領(lǐng)作用。

　　機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與基本元素

　　早期機(jī)器人主要表現(xiàn)為簡單的操作手，其任務(wù)是抓取部件，進(jìn)行位置變換或工位轉(zhuǎn)移，并完成一些單一的加工處理任務(wù)。隨著操作手在工業(yè)生產(chǎn)過程中數(shù)量逐漸增多、任務(wù)日益多樣，操作手之間開始交互和聯(lián)結(jié)，形成上下游鏈條關(guān)系，并最終實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器人和機(jī)器人構(gòu)成的流水線。在這一階段，機(jī)器人代替人工作，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及技能要求，并能提高產(chǎn)品的質(zhì)量及穩(wěn)定性。

　　隨著空間技術(shù)的發(fā)展，空間機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。其主要任務(wù)是在太空環(huán)境下對(duì)航天器表面進(jìn)行檢測(cè)和維修?？臻g機(jī)器人不再工作于結(jié)構(gòu)化的環(huán)境、完成既定的任務(wù)，它隨時(shí)隨地需要對(duì)周圍工況進(jìn)行感知和判斷。

　　在復(fù)雜工況下完成任務(wù)的需求對(duì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展起到了革命性的推動(dòng)作用，使機(jī)器人技術(shù)從執(zhí)行單一任務(wù)的研究，發(fā)展為結(jié)合傳感器、控制器、執(zhí)行器的集成技術(shù)。這一階段，機(jī)器人可以完成人不能完成的任務(wù)，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(jì)算機(jī)、人工智能、控制和圖像處理等學(xué)科的突飛猛進(jìn)，為機(jī)器人的高度智能化奠定了基礎(chǔ)。機(jī)器人不再是冷冰冰的生產(chǎn)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(duì)人類提供服務(wù)，由此產(chǎn)生了巨大的服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。比如，在家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)方面，普通家庭往往只有一個(gè)溫度計(jì)，必須等到病征明顯才能發(fā)現(xiàn)疾病。醫(yī)療機(jī)器人可工作于家庭環(huán)境，對(duì)用戶的生理狀況做自動(dòng)測(cè)量并對(duì)生理指標(biāo)進(jìn)行智能判斷或提交醫(yī)護(hù)人員，及時(shí)報(bào)警、提早診斷，達(dá)到“治未病”的效果。同時(shí)，醫(yī)療機(jī)器人還可幫助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的手術(shù)，減小創(chuàng)口、擴(kuò)展視野、提高靈敏度和可控性。再如，在家庭服務(wù)方面，機(jī)器人可像一個(gè)管家一樣對(duì)家居生活進(jìn)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(shí)，實(shí)現(xiàn)家庭監(jiān)控。在這一階段，機(jī)器人的工作對(duì)象發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，由物及人，成為人類的朋友和伙伴。

　　盡管機(jī)器人種類千差萬別、任務(wù)多種多樣，但從機(jī)器人科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)上來說，主要包含三個(gè)基本要素，即感知、決策和動(dòng)作。

　　感知功能：機(jī)器人信息的輸入，就像人的五官負(fù)責(zé)采集工作環(huán)境的數(shù)據(jù)一樣。感知技術(shù)主要是傳感器技術(shù)和通信技術(shù)，前者負(fù)責(zé)將實(shí)際世界的物理特性轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可理解的數(shù)字量，而后者則負(fù)責(zé)將數(shù)字量快速、無誤地傳遞到機(jī)器人的決策層。

　　決策功能：機(jī)器人智能性的表現(xiàn)，就像人的大腦對(duì)感知到的信息作出判斷并為下一步動(dòng)作發(fā)出指令。決策技術(shù)主要是人工智能技術(shù)及智能控制技術(shù)，它要求機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)地、閉環(huán)地處理各類工況，而不僅僅是完全按照預(yù)定程序進(jìn)行開環(huán)執(zhí)行。

　　動(dòng)作功能：決策器的命令必須得到執(zhí)行，而執(zhí)行需要由一系列動(dòng)作來得以實(shí)現(xiàn)，就像人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在大腦的命令下產(chǎn)生實(shí)際動(dòng)作一樣。實(shí)現(xiàn)動(dòng)作功能的主要技術(shù)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)，包括手臂、手爪、移動(dòng)平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)也涵蓋了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制器，如電機(jī)控制器、壓力控制器等等。

　　智能機(jī)器人技術(shù)的特征

　　機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)有著顯著的特征。

　　首先，機(jī)器人技術(shù)是智能技術(shù)。智能性是機(jī)器人的核心，這也是機(jī)器人之所以能夠稱之為“人”的主要原因。智能性表現(xiàn)為對(duì)工作環(huán)境的自動(dòng)識(shí)別與判斷，其工作指令根據(jù)反饋信息自動(dòng)生產(chǎn)，而不是基于開環(huán)設(shè)計(jì)。智能性也是機(jī)器人技術(shù)的難點(diǎn)，盡管目前人工智能技術(shù)已經(jīng)獲得了較大的突破，但相對(duì)于人的智能而言，機(jī)器人還十分笨拙、聰明度很低，尚需改進(jìn)。

　　其次，機(jī)器人技術(shù)是綜合性技術(shù)。綜合性是指機(jī)器人技術(shù)是集成技術(shù)，是典型的交叉學(xué)科。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，必須建立在單一技術(shù)發(fā)展之上，而任何一個(gè)單一技術(shù)的突破，都可為機(jī)器人技術(shù)帶來革命性的轉(zhuǎn)變。例如MEMS技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)器人小型化成為現(xiàn)實(shí)，催生出諸如血管機(jī)器人等一系列的微型機(jī)器人。