2021世界機(jī)器人大會(huì)第二天線下主論壇——“未來峰會(huì)”群星璀璨，產(chǎn)、學(xué)、研各領(lǐng)域大咖齊聚首，共話巔峰，為機(jī)器人未來發(fā)展領(lǐng)航。

峰會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，蘇州大學(xué)特聘教授、蘇州大學(xué)機(jī)電學(xué)院孫立寧院長(zhǎng)上臺(tái)發(fā)言，演講主題為《學(xué)科交叉融合促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)未來創(chuàng)新發(fā)展》。以下為孫立寧院長(zhǎng)演講內(nèi)容全文整理。

剛才兩位專家都有談到人工智能腦科學(xué)的研究，當(dāng)前我們?cè)诎l(fā)展智能制造和智慧生活這兩個(gè)大的方面，狹義來說就是把以機(jī)器人為代表的裝備和產(chǎn)品，加上當(dāng)前人工智能，通過大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)打造技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新，繼而發(fā)生生產(chǎn)和生活模式的變化，這是目前正在使用的從車間到工廠和工作站這樣大的方向，目前也有很多應(yīng)用。

機(jī)器人正在我們的生活、工作以及未來的養(yǎng)老方面起到很大的作用，展廳中有很多教育、家政和老年服務(wù)的機(jī)器人，更重要的一點(diǎn)是智慧健康方面已經(jīng)把機(jī)器人技術(shù)、微納米技術(shù)、3D技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能和交叉融合，使得我們康養(yǎng)發(fā)生變化，也向精準(zhǔn)、智能和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，包括疾病檢測(cè)、微創(chuàng)手術(shù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能救護(hù)，包括智能耳蝸、人工心臟等等都是可以從制造的角度使得人們的生活更為便捷，智能駕駛這幾年也發(fā)展得非常快，更重要的是通過AI技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)健康管理。

機(jī)器人智能化是我們一直在追求的目標(biāo)，2030年以后，機(jī)器人會(huì)有感知、決策和發(fā)育功能，比如剛才蒲院士講的腦認(rèn)知科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和支持能夠不斷下到機(jī)器人中來，未來的五年重點(diǎn)是在數(shù)字化方面，使得腦機(jī)接口進(jìn)入機(jī)器人中，通過網(wǎng)絡(luò)化達(dá)到互聯(lián)。

有了網(wǎng)絡(luò)使得手機(jī)更為便捷，天天掛在網(wǎng)上，機(jī)器人也一定會(huì)掛在網(wǎng)上，無(wú)論是服務(wù)機(jī)器人還是工業(yè)，這就實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)很好地與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，使其更為便捷、更為方便，達(dá)到低成本，真正實(shí)現(xiàn)交叉應(yīng)用。

互聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人的結(jié)合從網(wǎng)絡(luò)化的服務(wù)機(jī)器人開始，2019年，我們?cè)谔K州和北京由301醫(yī)院醫(yī)生劉榮教授和他的學(xué)生對(duì)我們研發(fā)的手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行了一頭豬兩個(gè)器官的手術(shù)，我們強(qiáng)化了多傳感器的集成、智能化人機(jī)交互和協(xié)作。

AI和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展除了服務(wù)以外，工業(yè)也有發(fā)生很大變化，因?yàn)槲覀兠媾R很多小批量、多品種、復(fù)雜的操作，人比較簡(jiǎn)單，工業(yè)機(jī)器人就比較困難，所以把工業(yè)機(jī)器人裝備和人的經(jīng)驗(yàn)提升起來，就是對(duì)工件和工藝進(jìn)行數(shù)字化，工藝加上智能就有可能實(shí)現(xiàn)未來小批量制作發(fā)揮重要的作用，人和機(jī)器人一起對(duì)環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，人機(jī)環(huán)境感知、流程控制和自主編程是協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展方向。

剛才談到復(fù)雜場(chǎng)景的編程，這里就包括人機(jī)形態(tài)識(shí)別、安全規(guī)則、工藝庫(kù)研究和路徑規(guī)劃，因此目前要達(dá)到工藝和數(shù)字相結(jié)合的感知平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的數(shù)字化、服務(wù)便捷化和應(yīng)用智能化。

目前很多高校和科研機(jī)構(gòu)都在從事一項(xiàng)研究，就是如何在大場(chǎng)景中對(duì)人、機(jī)器和工件之間進(jìn)行識(shí)別，數(shù)據(jù)和知識(shí)的目標(biāo)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速高精度的檢測(cè)，另外包括拋模、檢測(cè)方面的研究也非常多，很多大學(xué)都在研究語(yǔ)義、視覺方面的融合，當(dāng)然也包括柔性的場(chǎng)景，通過一個(gè)塑料袋將其兌現(xiàn)，這對(duì)人來講很簡(jiǎn)單，但對(duì)機(jī)器人來看非常重要，就是操作和識(shí)別都有很多問題在里面，家具、焊接和噴涂都是柔性不固定的場(chǎng)景，就是把可能的形狀和工藝放在庫(kù)里，通過識(shí)別部件的作業(yè)自動(dòng)生成。

剛才談到機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)，比如我們?cè)诟h(yuǎn)的交叉，生命科學(xué)、納米科學(xué)的交叉，可以產(chǎn)生新的發(fā)展方向，比如跟生命科學(xué)的結(jié)合產(chǎn)生仿生機(jī)器人，用于生命科學(xué)又產(chǎn)生了醫(yī)療機(jī)器人，跟納米技術(shù)的結(jié)合又產(chǎn)生了微納米機(jī)器人，三者之間又出現(xiàn)了很多新的問題，新加坡國(guó)立大學(xué)成立了新加坡神經(jīng)研究所，包括腦電極的制作，用于認(rèn)知科學(xué)的研究，還有對(duì)神經(jīng)科學(xué)的研究，認(rèn)知功能學(xué)科，最后是機(jī)器人的康復(fù)，就是從微納米技術(shù)、認(rèn)知科學(xué)和腦科學(xué)以及機(jī)器人科學(xué)相結(jié)合的研究平臺(tái)，這個(gè)方法非常接近。

我國(guó)對(duì)醫(yī)用機(jī)器人的發(fā)展非常關(guān)注，過去的十年中服務(wù)機(jī)器人大量提到手術(shù)、康復(fù)和助老助殘，國(guó)際上也認(rèn)為是非常重要的發(fā)展方向，剛才我們看到展廳中的達(dá)芬奇，實(shí)際上在二十年前有各種手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)，只不過達(dá)芬奇研發(fā)得比較成功，全世界應(yīng)用了六千多套，中國(guó)進(jìn)口了兩百多套，一臺(tái)大概是兩千萬(wàn)到三千萬(wàn)人民幣，因此目前的市值達(dá)到七百億美金，好處就是微創(chuàng)、靈活、可操控，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一百多例實(shí)驗(yàn)，操作也有自己的特點(diǎn)，所以這是高金屬和醫(yī)學(xué)技術(shù)的結(jié)合。

未來也有老年化社會(huì)到來，比如假肢、老年陪護(hù)和家居，這些方面都有很好的應(yīng)用前景，再遠(yuǎn)一點(diǎn)包括人工心臟、視網(wǎng)膜、人工耳蝸，進(jìn)入我們的血管和細(xì)胞里面的機(jī)器人都會(huì)對(duì)我們產(chǎn)生很重要的影響。剛才蒲院士的報(bào)告講到認(rèn)知科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)，我們也對(duì)腦機(jī)接口非常關(guān)注，包括目前采用的腦紅外、腦電、機(jī)電等外部信號(hào)通過特征提取、識(shí)別和相關(guān)的分析，可以控制我們的機(jī)械手和機(jī)械腿，這些是典型的認(rèn)知科學(xué)、生命科學(xué)和機(jī)器人的結(jié)合。

仿生科學(xué)包括幾個(gè)方面：機(jī)械仿生，最主要的是外形，功能仿生，比如手和假肢，也包括一些生物皮膚，比如鯊魚皮、水蛭都有特殊的優(yōu)點(diǎn)，因此我們?cè)噲D利用這種優(yōu)點(diǎn)研究更高端的機(jī)器人，更重要的是仿生感知和智能仿生，這些是人工智能重要的發(fā)展方向，比如大狗這種四足機(jī)器人動(dòng)態(tài)性越來越好。

我們可以看到傳統(tǒng)的功能方法從下到上，能否從上到下來做，可能就模仿了單細(xì)胞到簡(jiǎn)單的、復(fù)雜的多細(xì)胞，簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)到復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，智能方面就是思維、邏輯、心理和情緒，出發(fā)點(diǎn)就是剛才談到的簡(jiǎn)單的神經(jīng)元的建模開始，逐漸迭代發(fā)展感知和運(yùn)動(dòng)的智能，通過這項(xiàng)研究，我們也試圖來看基本的出發(fā)點(diǎn)，包括大腦視聽覺信息主要來自于海馬體這樣的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，空間上進(jìn)行了融合，如何能夠圍繞人工智能的整體性、全局性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)我們對(duì)機(jī)器人的感知、快速引導(dǎo)、快速學(xué)習(xí)、路徑規(guī)劃、仿生控制、人機(jī)作業(yè)、智能協(xié)同，這些也是我們團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行的研究。

早期的神經(jīng)元就是一個(gè)模型，里面的離子通道通過細(xì)胞的粒子實(shí)現(xiàn)濃度的變化，可以產(chǎn)生這樣的模型，生物學(xué)家一百多年前就研究了這種點(diǎn)位，我們從建模的角度通過機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程建立了混沌和復(fù)雜的模型模擬仿真，成功以后我們把水蛭切斷，通過固化的芯片連接起來就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)模型非常吻合，機(jī)械學(xué)科、控制學(xué)科和神經(jīng)科學(xué)的結(jié)合對(duì)我們機(jī)器人的控制很有幫助。剛才談到兩個(gè)關(guān)節(jié)的控制，模型連在一起就可以實(shí)現(xiàn)類似條件反射的辦法，快速性非常好，具有運(yùn)動(dòng)實(shí)用性強(qiáng)。

接下來我們?cè)俜抡誄PC原理連接起來，可以通過連接實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的控制和條件反射，因此我們通過前端方法、神經(jīng)建模和遷移實(shí)現(xiàn)視覺和聽覺的融合，進(jìn)而達(dá)到提升路徑規(guī)劃的能力。目前肉體機(jī)器人和材料科學(xué)的結(jié)合非常密切，前五年到現(xiàn)在，肉體和人機(jī)共融在我國(guó)基金委計(jì)劃中強(qiáng)調(diào)了這種發(fā)展方向。但這個(gè)問題很有意思，主要是材料的發(fā)展，我們用彈性驅(qū)動(dòng)、軟性機(jī)械臂，就是柔體，結(jié)果我們做了一個(gè)非常有趣的研究，大概就是290毫米這樣的長(zhǎng)度，實(shí)際上可以達(dá)到32度，非常的輕，后來我們?yōu)榱嗽黾幼儚埗龋虚g又加上了機(jī)械合金材料，就是三明治的結(jié)構(gòu)，使其能夠柔性，可能可控剛度，這個(gè)東西就非常的好，可以把砝碼抓起來，能夠?qū)崿F(xiàn)剛?cè)峥刂?，探測(cè)和空間領(lǐng)域會(huì)有很好的應(yīng)用前景。

我們?cè)谡婵窄h(huán)境對(duì)硅片吸附不了的話沒有辦法，我們利用編碼原理，早期做的是壁虎，可以通過主動(dòng)控制角度繼而實(shí)現(xiàn)大的吸附力，包括無(wú)損的拾取，而且能夠釋放，這一點(diǎn)確實(shí)很有意思，未來易損易傷、真空環(huán)境的操作就很有用，其中也有放置一些柔性的傳感功能。我們目前正在研究微納米機(jī)器人的發(fā)展方向，機(jī)器人發(fā)展最終的目標(biāo)就是進(jìn)入靶向，就像藥物一樣主動(dòng)釋放藥物，也會(huì)隨著原子以下量級(jí)操作的發(fā)展實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的功能。

應(yīng)用領(lǐng)域中的納米互聯(lián)、納米操作、納米三維調(diào)控可以開展應(yīng)用，小機(jī)器人還有癌癥，確實(shí)這是全世界的問題，我們通過一個(gè)靶向精準(zhǔn)的微納米機(jī)器人進(jìn)入血管，或者進(jìn)入病灶，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)的精準(zhǔn)，這個(gè)方面肯定是有好處，但難度也很大，按照操作來看科學(xué)問題和宏觀不一樣，因?yàn)槌叨确浅Ｐ?，器官的特性和宏觀完全不一樣，包括結(jié)構(gòu)和納米圖像的三維重構(gòu)，環(huán)境、工具和對(duì)象之間的粘著問題，這些都是本身的問題。

我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)過三十年的發(fā)展也做了一些工作，包括納米定位必須實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙、無(wú)摩擦、零傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，然后才能實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度的納米分辨度的定位，實(shí)際操作過程中還有幾十毫米，我們就用陶瓷做驅(qū)動(dòng)，6自由度的柔性鉸鏈天生實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，此外還有一些研究就是利用機(jī)械的粘著，通過慣性粘合摩擦力的變化實(shí)現(xiàn)，就是機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)靜摩擦大、動(dòng)摩擦小的大范圍運(yùn)動(dòng)，我們可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞駕駛、操控、測(cè)量和切割，2018年底南開大學(xué)用了我們的設(shè)備以后實(shí)現(xiàn)克隆，生了14只小豬。

納米操作一個(gè)比較亮點(diǎn)的工作就是通過對(duì)單個(gè)碳納米管的二維三維操作，難度也很大，針對(duì)電壓、機(jī)械特性和電特性進(jìn)行測(cè)量，通過二維操作實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，按照三維操作來看，我們只能用探針來做手術(shù)，所以又當(dāng)了掃描又當(dāng)了工具，實(shí)現(xiàn)40納米以下的操作，這也是納米操作方面取得的進(jìn)展。我們通過無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)振動(dòng)式，這個(gè)更有意思，液態(tài)金屬這幾年發(fā)展得很快，通過在表面進(jìn)行磁化，外電場(chǎng)下就可以實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)，8個(gè)小球，每個(gè)不到1毫米，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人一樣的運(yùn)動(dòng)，改變了當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的途徑。

我們?cè)缙谀M進(jìn)入血管可不可行，管道外部可控磁場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)，最后我們模擬一個(gè)帶有障礙的小微構(gòu)造，通過外部的大磁場(chǎng)和三維可控運(yùn)動(dòng)，最后對(duì)模擬的藥物進(jìn)行釋放，這就對(duì)未來的藥物釋放做了儲(chǔ)備。我們還要看如何利用菌類、精子和生物本身運(yùn)動(dòng)的特性跟微機(jī)器人結(jié)合起來運(yùn)動(dòng)，就是微觀的仿生運(yùn)動(dòng)的問題。

哈工大的教授通過化學(xué)加工的方法，加工螺旋式的結(jié)構(gòu)，也是通過在外部的光場(chǎng)、紅外或者電場(chǎng)、超聲的宏觀下實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)，接下來我們做了一些研究，就是控制的角度一個(gè)機(jī)器人功能很小，群控是未來的發(fā)展方向，因此在群控方面進(jìn)行規(guī)劃、自主作業(yè)，取得了一些進(jìn)展。

機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展從工科內(nèi)部結(jié)合，更重要的是和生命科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)的結(jié)合，可以產(chǎn)生很多原創(chuàng)性的研究，進(jìn)而跟當(dāng)前的人工智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合，使得機(jī)器人不斷地向高性能、智能化方向發(fā)展。