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未來機器人將會怎樣？中國科學(xué)院自動化研究所機器人理論與應(yīng)用團隊負責(zé)人喬紅研究員帶領(lǐng)的研究團隊給出了答案。該團隊“基于環(huán)境約束和多空間分析的機器人操作理論研究”，因在機器人操作上提出了一系列原創(chuàng)思想，獲得2014年國家自然科學(xué)二等獎。

工業(yè)機器人通過“手”完成抓取、裝配、定位等操作，借助靈敏的傳感器，機器手能實現(xiàn)較高精度的操作。雖然工業(yè)級裝備標準已經(jīng)將誤差控制在0.02—0.04毫米內(nèi)，但在一些要求極高的操作中，精度仍然不夠。在一次實驗中，喬紅發(fā)現(xiàn)有時候不依賴傳感器反而精確度更高、更穩(wěn)定。這是偶然，還是某種理論上的必然？

反復(fù)實驗后，喬紅發(fā)現(xiàn)將機器人的系統(tǒng)映射到另外一個空間，約束對系統(tǒng)形成了廣泛存在的“吸引域”，可以設(shè)置出一個不依賴于傳感器的精確裝配、抓取和定位解決方案。就此，喬紅提出了“環(huán)境吸引域”的概念、存在條件以及相應(yīng)的依賴吸引域?qū)崿F(xiàn)高精度的算法。

在進一步研究后，團隊意識到要提高機器人的智能性和可靠性，不能只關(guān)注“手”，還需要有視覺與“手”的聯(lián)動。為此，基于模式識別技術(shù)，研究組發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的“吸引域”。喬紅說，“吸引域”的理念，使我們同時關(guān)注到機器人操作時觀察物體的視覺“吸引”和它運動時抓取動作的“吸引”，這就像人的活動，手和眼是融合的，而不是割裂開來的。

基于計算機算法、軟件操作的機器人活動，在新情境下的反應(yīng)有一定局限，而人類行為則完全不同。“以打羽毛球為例，人類每次的接發(fā)球都可能不同，但在經(jīng)過一段時間練習(xí)后，雖然來球的方向和路徑變化多樣，我們卻一般能夠越打越好，同時不影響反應(yīng)速度。”喬紅解釋說，其中很重要的一個原因是，人和機器人在學(xué)習(xí)和理解上有重大區(qū)別：人是基于神經(jīng)系統(tǒng)認知和反應(yīng)的。那么，能否研究機器人的“大腦”，并由此來實現(xiàn)對機器人本體的融合控制？為此，研究團隊與多學(xué)科合作，開展機器人“神經(jīng)計算和類人神經(jīng)系統(tǒng)”的理論研究。研究團隊希望，通過對“類人神經(jīng)系統(tǒng)”的理解，提出如何提高機器人學(xué)習(xí)能力的理論途徑。

喬紅說，機器人研究的“手、眼、腦”三部分連起來，能夠進一步了解機器人操作原理。“機器人未來發(fā)展的一個重要趨勢是越來越接近生物，有包括認知、情緒、邏輯、動作在內(nèi)的一系列類人化的特征。機器人不再是冰冷的機器，而將擁有人類的優(yōu)美特性。”

喬紅研究團隊的研究成果已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)上得到驗證和應(yīng)用，比如，提高汽車裝配機器人的精度等。但她表示，團隊探索的是一個前沿理念，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有很多工作要做。