仿生机器人尚处初级阶段黄金时代的到来亦可期振动开关

智能系统研发频道讯：当前，对于机器人的研究，人们已经不满足于单一结构环境下的定点作业，开始把目光对准生物界，力求从丰富多彩的动植物身上获得灵感，将它们的运动机理和行为方式运用到对机器人运动机理和控制的研究中。因此，仿生机器人已然成为了机器人研究领域的热点之一。“仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。仿生机器人相较于其他移动机器人，具有更大的适应性和灵活性，更适合在人类生活、工作的环境中与人类协同作业，或代替人类工作。得益于人机交互、软体机器人控制、机器人生物行走等新型技术的不断发展，当前世界范围内仿生机器人的研究工作已经取得了一定成果。具体来看，仿生机器人主要分为以下两大类：首先是仿人机器人。这类机器人是指模仿人类形态、运动、感知和交互功能的机器人系统。研究人员通过研发，最终希望仿生机器人可在危险环境下代替人进行工作，或在日常生活中为人提供服务。例如波士顿动力公司开发的液压驱动双足步行机器人Atlas、我国哈尔滨工业大学、清华大学等研制开发的双足步行机器人等。其次是仿动物机器人。这类仿生机器人一般都是模仿自然界中的哺乳动物、昆虫、两栖动物等制造的，适合在野外、灾害现场等特殊环境下进行运输、救援作业。在这一领域中，小编不得不单独提一提我国重点研究的仿鱼机器人。研究仿生机器鱼可以极大提升水下机器人的效率、性能和复杂环境适应能力，代替人类完成长期水下监控和作业。例如北京航空航天大学研制的SPC系列仿鱼机器人，该型机器人在水下考古、环境监控中进行了应用示范。其实，仿生机器人研究目前存在诸多难题。仿生机器人诞生到发展短短数十年，当然，积累的研究成果已经非常丰硕，也开辟了机器人领域独特的技术和研究方法，但由于其学科的交叉性，“仿生”机器人仍然存在诸多问题。从生物机理来讲，对其揭示不够，模型构造过于简单。通过对生物机理的研究，可以揭示生物自身的功能，为仿生机器人的研究提供依据，但由于生物体本身是一个非常复杂的系统，其神经、骨骼、肌肉等构造以及其运动功能细节非常繁琐，目前所建立的模型远远不能模拟生物的控制过程及反映过程。仿生结构设计与生物结构的合理性和精巧性相去甚远。在运动方面，生物的结构刚柔并济，使其自身具有灵活性、高效性和轻量化等特点，增强了其自身的运动性能和环境适应能力。而现在的仿生机器人多为刚性结构，其重量、尺寸与生物的差距也较大，因此无法对机器人机构提供有效的设计原则。高性能新型仿生材料研究不足，已有研究成果应用领域过窄。目前的仿生材料研究在生物力学和工程力学的衔接点、许多天然生物材料的模型抽象、仿生材料的设计制备方法等方面还有待于进一步研究。而仿生机器人材料大多采用钢、铝、塑料等常规材料，无论刚度、柔性、韧性以及减阻性与生物自身差距很大，使得仿生机器人性能降低。控制方法较传统，神经控制、肌电控制等仿生控制方法突破不够。生物良好的环境感知能力也是仿生机器人研究的方向之一。生物可以通过视觉、听觉、嗅觉等感官系统时刻对周围环境进行感知并做出准确的判断，以适应复杂多变的环境。而现有的仿生机器人还无法准确的模拟生物的感知特性，对周围环境的感知能力存在精度较低、反应时间较长、对复杂环境的感知准确性不足等问题。我们认为，仿生机器人的驱动力主要来源于两个方面：一是个人/家庭服务的需要，例如，目前在西方国家，机器人宠物十分流行，仿人机器人的出现，可以弥补劳动力不足，解决老龄化的家庭服务和医疗服务等；二是执行特殊任务，比如，仿麻雀机器人可以担当环境检测的任务等。其关键技术在于机器人对外界环境的识别和处理，随着人工智能技术不断取得突破，仿生机器人也逐渐开始发展。在广州中以机器人研究院常务副院长张伦明看来，相较于以色列等国家，我国在仿生机器人方面的应用还处在初级阶段，广东目前也未见有领先国际的仿生机器人企业及产品。张伦明表示，这背后既有研发方面的原因，也有技术以及市场方面的原因。我国仿生机器人的基础研究还达不到国际水平，仿生机器人相关的视觉技术及传感技术还需进一步提高。而与市场对接的企业是逐利的，不少会做短平快的机器人项目及产品，仿生机器人目前还达不到大规模应用的水平，也影响了其发展。要赶超那些在仿生机器人领域深耕多年的国家，就必须解决以下几个问题：首先是整体技术水平有待提高。在整体功能、稳定性和可靠性方面，我国与日本相比还存在差距，本体机构设计、运动规划、控制等关键技术也有待提高。其次是精密减速器、伺服电机、伺服驱动器等核心关键零部件长期依赖进口，亟须突破。这也是我国机器人产业发展存在的通病，不仅是仿生机器人领域，其它机器人领域亦然。最后是企业参与度低。我国仿人机器人的研发，大都集中在高校或研究机构，而各机器人企业真正研究仿生机器人的寥寥无几。

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