人類的未來什么樣？站在此刻暢想未來，機器人一定是這幅圖景中的一抹濃彩。這種以自動化技術和計算機技術為主體、有機融合各種現(xiàn)代信息技術和制造技術的產(chǎn)品，經(jīng)過了半個多世紀的發(fā)展，如今已經(jīng)在國防、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務、醫(yī)療康復、教育甚至普通家庭生活中都得到了廣泛的應用。現(xiàn)在，科學家還在構想類人腦機器人，未來，也許每個家庭都會有一臺外形和思維都與人一樣的機器人。

作為高技術領域中重要的前沿技術之一，機器人技術具有前瞻性、先導性的特點，對學術研究、產(chǎn)業(yè)升級、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、保障國家安全、引領未來經(jīng)濟社會的發(fā)展有著十分重要的作用。目前，機器人相關領域的技術突破，為機器人的應用范圍拓寬了道路，已涵蓋國防、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務、醫(yī)療康復、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(fā)展契機業(yè)已到來。

那么，未來機器人會是什么樣？我們認為，仿生機器人和類人機器人或將成為機器人研發(fā)的重點領域。在國家自然科學基金杰出青年基金、重大儀器專項、重點基金、面上基金、國家863計劃項目、國家重大科技專項項目等科技項目的支持下，我國針對智能機器人系統(tǒng)領域的科學前沿問題和國家重大需求，圍繞智能機器人技術開展了一系列研究。

在機器人研究方面，首先要提到的是機器人的視覺能力。機器人的視覺傳感器是機器人感知外界的重要手段，是機器智能的核心標志之一，具有視覺能力是實現(xiàn)機器人自主作業(yè)的重要保障，是機器人智能化的核心支撐。中國科學院自動化研究所在視覺系統(tǒng)標定、視覺測量和定位、實時視覺、主動視覺和多模視覺控制等方面進行了深入研究，取得了一系列創(chuàng)新性的理論方法，并形成多個視覺原型和實驗系統(tǒng)，在工業(yè)和醫(yī)療康復等領域得到應用。來自于自然界的啟發(fā)和靈感對于機器人學的發(fā)展具有特殊的意義，是解決機器人學所面臨難題的重要途徑，也是機器人智能的主要源泉。仿生機器人通過對生物結構、內在機制的模仿創(chuàng)新來形成新方法和新技術，以適應復雜作業(yè)需求和極端工作環(huán)境，其系統(tǒng)設計與控制是關鍵。在仿生機器人方面的研究內容包括仿生機器魚、打乒乓球機器人等。

仿生機器魚建立在將魚類的推進運動簡化為理想條件下，魚類身體連續(xù)的、周期性的形變基礎之上。而通過魚類運動的觀察和仿生機器魚游動試驗，研究人員發(fā)現(xiàn)魚體質心在水平面內繞前進方向軸的波動將增大側向擾動力、降低推力和方向穩(wěn)定性，即魚類自身線密度分布對其運動性能存在較大影響。因此，提出了包含形變描述和線密度描述的“基波”概念，并依據(jù)“基波”建立了魚體波動運動模型，在充分考慮線密度影響的基礎上，提出了仿生機器魚的穩(wěn)定游動推進控制方法。

除了仿生機器魚，研究人員還針對快速運動的乒乓球，設計了會打乒乓球的機器人。這種機器人是建立在一種有效的乒乓球跟蹤算法基礎上的。這種算法將差幀法、動態(tài)窗口、游程編碼等方法有機組合在一起，使算法的實時性得到保證。并針對乒乓球差幀后可能出現(xiàn)的月牙形，提出了GSP算法，準確定位乒乓球的中心坐標，保證了三維坐標的精度。其他代表性的成果還包括醫(yī)療康復機器人、機器人協(xié)調與控制、巡線機器人等。

雖然隨著信息技術的發(fā)展，部分現(xiàn)代機器人具有了類人動作，但還不具備人類的思維。對人腦信息處理機制的研究，特別是以思維為中心的人腦認知機制的研究，將啟發(fā)未來智能機器人與智能控制的發(fā)展，使智能機器人更像人，能夠為人類提供更好的服務。未來對機器人的研究應該是結合對人腦信息處理機制與人類思維的探索和腦模擬研究，發(fā)展神經(jīng)機器人。以模擬人腦系統(tǒng)為中央神經(jīng)系統(tǒng)，以機器人為載體，實現(xiàn)多通道類人信息處理的協(xié)調與控制，啟發(fā)并推動下一代類人機器人。

類人機器人的研究是將人腦模擬系統(tǒng)、電子神經(jīng)網(wǎng)絡，類腦計算技術與具有類人動作的機器人平臺深度無縫融合。以具有人體外觀（包括肢體和肌肉組織等）和動作的機器人平臺為載體，實踐、應用視覺、聽覺、思維和運動多通道的信息處理與協(xié)同，實現(xiàn)全新類人神經(jīng)計算與控制。以腦神經(jīng)模擬系統(tǒng)為核心的類人神經(jīng)機器人將在認知能力、信息處理能力、推理決策能力、肢體動作等諸多方面突破性地接近真實人類，在處理復雜任務時將表現(xiàn)出高精度、快速智能反應的特性，將有助于突破傳統(tǒng)控制理論。類人機器人之間的互動還將有助于研究和應用以思維為中心的人類群體行為。類人神經(jīng)機器人的實現(xiàn)不但可以對人類及其行為的本質進行模擬與揭示，還將推動類人機器人在工業(yè)、國防、家用等領域的廣泛應用。

通過此項研究，將產(chǎn)出具有模擬人腦系統(tǒng)的類人神經(jīng)機器人平臺。該機器人平臺具有類人視覺、類人聽覺、類人思維、類人動作的協(xié)同處理能力，并能夠在關鍵領域取得應用。具體將根據(jù)人體的肌肉和關節(jié)的實際布局，建立人體運動控制仿真平臺，以人腦模擬器為核心控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對復雜任務的快速、精確的決策與運動反應。此外還將發(fā)展并實現(xiàn)神經(jīng)機器人之間的互動學習、協(xié)同解決復雜任務的能力。

服務機器人是我國應對老齡化社會、促進民生科技發(fā)展的技術支撐。我國在醫(yī)療、助老助殘等領域已經(jīng)研發(fā)出了系列機器人樣機，進入示范應用階段。根據(jù)國際機器人聯(lián)盟統(tǒng)計，2011年度全球服務機器人銷量約為250萬臺，市場總值超過42億美元，正在以20%-30%速度增長，到2015年銷售額將達到85億美元。服務機器人有望成為機器人領域最具潛力的增長點之一。

下肢康復機器人：這是一臺坐臥式下肢康復機器人系統(tǒng)，設計了包括踏車和蹬踏訓練在內的被動訓練，既可以由腿部機械帶動患者下肢進行被動的運動訓練，也能讓患者進行主動康復訓練。

微創(chuàng)血管介入手術機器人：這套用于血管介入的專科手術機器人系統(tǒng)主要包括遞送裝置、醫(yī)生操控端、定位把持機械臂和三維圖像導航四個部分，可輔助醫(yī)生以遙控操作方式實現(xiàn)成套介入手術器械的精準輸送與放置，使醫(yī)生在手術過程中免受X射線輻射，具有精度高、操控性好、有效降低手術操作難度等特點。同時，針對微創(chuàng)血管介入手術機器人圖像導航，實現(xiàn)了傳統(tǒng)C臂的實時圖像采集、C臂系統(tǒng)標定與圖像校正、基于雙視角的血管模型三維重建等關鍵技術。

工業(yè)機器人是我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、由制造大國向強國轉變的技術手段。當前我國制造業(yè)發(fā)展模式遇到了嚴峻的挑戰(zhàn)，一方面以美歐為代表的西方大國著手進行制造業(yè)回流，另一方面在我國經(jīng)濟持續(xù)增長同時，勞動力供給逐漸減少，勞動力成本快速上漲；同時，我國制造業(yè)深受高能耗、高污染、低技術含量、低產(chǎn)品附加值的束縛，人均勞動生產(chǎn)率僅為美國的1/6，單位GDP能耗為世界平均水平2倍多。工業(yè)機器人代替勞動力已從“備選”成為“必選”。打乒乓球機器人:這是一個具有五個自由度的直角坐標機器人。利用智能攝像機和PC機構成視覺測量系統(tǒng)，利用另一臺PC機和運動控制卡構成機器人的控制系統(tǒng)。目前已實現(xiàn)與人50個回合的連續(xù)對打。

視覺機器人：在視覺神經(jīng)感知計算方面，通過引入聯(lián)想記憶和學習等機制，初步建立了視覺的神經(jīng)計算模型。在運動神經(jīng)協(xié)調控制計算方面，以人體上肢為基礎，初步建立了神經(jīng)-肌肉-關節(jié)的生物力學仿真模型，并進行了相關的生物學仿真實驗。

高壓輸電線路巡檢機器人：可以代替人工執(zhí)行輸電線路檢測、維護等任務，上還可以實現(xiàn)線路除冰等工作。

仿生機器魚：針對機器海豚的躍水控制，研究了機器海豚躍水過程的水動力學和空氣動力學分析與建模方法、最優(yōu)形體結構和驅動系統(tǒng)設計方法、機器海豚的高速運動和精確姿態(tài)控制方法、基于傳感器反饋的躍水控制方法、空中姿態(tài)估計與調整控制方法、入水姿態(tài)控制方法等。最終實現(xiàn)了機器海豚的躍水控制，使機器海豚只依靠自身動力，完全跳出水面，并實現(xiàn)了3倍體長/秒的最高游速。

人腦模擬器：這是類人神經(jīng)機器人的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”。它與具有類人動作的機器人系統(tǒng)深度協(xié)同與融合，以機器人為載體，協(xié)同視覺、聽覺等感知輸入，實現(xiàn)以思維為中心的感知、思維、動作的協(xié)同控制。

具體而言，將實現(xiàn)機器人視覺、聽覺感知信息的整合，以此為思維階段提供整合后的感知輸入。根據(jù)機器人接收到的命令請求和感知輸入，協(xié)同思維模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)基于感知信息、背景知識、邏輯思維的協(xié)同處理，最終思維結果將通過協(xié)同類人動作子系統(tǒng)實現(xiàn)動作輸出。