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第一個(gè)帶來報(bào)告的是浙江大學(xué)李鐵風(fēng)教授，報(bào)告題目是“The Control and Reinforcement Learning of a Soft Robot”。李教授指出，相對于傳統(tǒng)剛性機(jī)器人，由刺激響應(yīng)材料驅(qū)動(dòng)的軟體機(jī)器人具有獨(dú)特的優(yōu)勢，如驅(qū)動(dòng)大、重量輕、韌性高，還有著生物相容性。

然而，軟體機(jī)器人的大型驅(qū)動(dòng)本質(zhì)上是難以實(shí)現(xiàn)高精度控制的。報(bào)告展示了一種由柔性人工肌肉驅(qū)動(dòng)的模仿墨魚的機(jī)器人，它帶有一套完整的機(jī)載系統(tǒng)，包括電源和無線通信系統(tǒng)。在沒有任何驅(qū)動(dòng)的情況下，墨魚機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)完全由介質(zhì)彈性體驅(qū)動(dòng)，具有變形程度大、能量密度高等類似肌肉的特性。采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法對墨魚機(jī)器人的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，以此代替人工調(diào)整。閉環(huán)反饋控制和機(jī)器學(xué)習(xí)可以應(yīng)用于軟體機(jī)器人的系統(tǒng)中，以提高其性能。從零開始，機(jī)器魚的游泳速度隨著學(xué)習(xí)的強(qiáng)化而得到提高。基于這種機(jī)器魚結(jié)構(gòu)和控制的設(shè)計(jì)原理可用于指導(dǎo)設(shè)備的設(shè)計(jì)，以滿足諸如柔性設(shè)備和軟體機(jī)器人等較高要求的應(yīng)用。

北京科技大學(xué)賀威教授的報(bào)告題目是“柔性撲翼飛行機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)”。賀教授指出，柔性撲翼飛行機(jī)器人是受昆蟲和鳥類飛行方式啟發(fā)的一類飛行機(jī)器人，與常見的固定翼和旋翼飛行器相比，柔性撲翼飛行機(jī)器人具有質(zhì)量輕、效率高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，是飛行機(jī)器人發(fā)展的重要方向。撲翼飛行機(jī)器人的翅膀一般采用柔性結(jié)構(gòu)，在飛行中受到氣流作用會(huì)產(chǎn)生預(yù)期之外的振動(dòng)和形變，從而影響飛行性能，甚至縮短使用壽命。

一方面，柔性結(jié)構(gòu)提高了撲翼飛行機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性和飛行效率；另一方面，柔性結(jié)構(gòu)的使用使得撲翼飛行機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)更加復(fù)雜，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也更加困難。賀教授在報(bào)告中，討論了柔性撲翼飛行機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)研究柔性撲翼機(jī)器人的自主控制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，分析撲翼飛行機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，針對自主控制問題提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，針對振動(dòng)問題提出了自適應(yīng)邊界控制策略，搭建了幾款仿生柔性撲翼飛行機(jī)器人，能夠完成自主飛行、自主避障、實(shí)時(shí)航拍等任務(wù)。最后對該方向進(jìn)行研究展望。

清華大學(xué)劉辛軍教授，報(bào)告題目為“大型結(jié)構(gòu)件原位加工機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)”。劉教授指出，人類為了狩獵獲取食物，發(fā)明了工具，揭開了人類創(chuàng)新發(fā)明機(jī)器的序幕。大自然界的生命體的行為，例如鼠鼬打洞、象鼻蟲筑繭、啄木鳥啄木以及工匠的精雕細(xì)琢，有一個(gè)共同特征，即：移動(dòng)定位，局部精細(xì)作業(yè)。大型復(fù)雜構(gòu)件是航空航天、能源、船舶等領(lǐng)域裝備的核心結(jié)構(gòu)件，其高效高質(zhì)量制造是亟待解決的難題?；诖笞匀唤绲纳w的行為特征，報(bào)告介紹一種移動(dòng)式加工機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念和構(gòu)思方案，給大型結(jié)構(gòu)件的加工提供了一種新模式。

美國俄亥俄州立大學(xué)張明君教授在題為“基于生物啟發(fā)的機(jī)器人控制問題探討”的報(bào)告中，指出生物智能及控制方法的進(jìn)化規(guī)律研究不僅對了解生物機(jī)理和疾病治療有重要意義，也對創(chuàng)新開發(fā)具有生物兼容性、高智能的機(jī)器人系統(tǒng)有獨(dú)特的啟發(fā)意義，尤其是對實(shí)現(xiàn)高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的人機(jī)共融系統(tǒng)有重要的參考價(jià)值。

報(bào)告以多尺度生物系統(tǒng)為實(shí)例，從生物智能和控制的角度揭示其工作規(guī)律，并以具體工程實(shí)現(xiàn)為例探討其在機(jī)器人控制方面的應(yīng)用，以尋找更有利于人機(jī)共融的機(jī)器人控制方法。同時(shí)，以傳感、執(zhí)行和控制為核心展開探討生物與工程系統(tǒng)在智能和控制方面的不同之處，特別是對微納系統(tǒng)控制的工程實(shí)現(xiàn)手段和局限性進(jìn)行深入討論，進(jìn)一步闡明由于生物系統(tǒng)的多樣性決定了高生物兼容性、高綜合價(jià)值的人機(jī)共融系統(tǒng)期待新的微納系統(tǒng)控制理論，特別是能與硅計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口的、超快、超小的基于有機(jī)材料的機(jī)器人控制系統(tǒng)。這也是對人機(jī)共融的巨大挑戰(zhàn)，未來技術(shù)革命的新機(jī)遇，對生命科學(xué)和健康產(chǎn)業(yè)有著舉足輕重的作用。

群體智能是廣泛存在于生物界和人類社會(huì)的一種重要智能形式，是智能領(lǐng)域的前沿方向。群體機(jī)器智能是有別于群體生物智能和群體社會(huì)智能的“新物種”，是由機(jī)器人集群的合作所表現(xiàn)出來的群體智能，是機(jī)器人與群體智能領(lǐng)域的交叉，是解決機(jī)器智能挑戰(zhàn)性問題的新的研究途徑。

大自然億萬年的進(jìn)化使得生命系統(tǒng)具備具備了與生存環(huán)境相適應(yīng)的組織、器官和結(jié)構(gòu)，這為人類的技術(shù)創(chuàng)新提供了無限的想象空間，成為人類取之不盡用之不竭的靈感來源。以仿生學(xué)為基本思路，機(jī)器人研究取得了令人震撼的迅猛發(fā)展。然而生命系統(tǒng)如此精妙，仿生學(xué)意義上的人工系統(tǒng)很難完全復(fù)現(xiàn)生命系統(tǒng)的本征特性，如何進(jìn)一步提升性能，讓人工系統(tǒng)逼近乃至超越生命系統(tǒng)是當(dāng)前科技界的研究熱點(diǎn)。

對此，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所劉連慶研究員在題為“類生命機(jī)器人模塊化制造與動(dòng)力學(xué)建模調(diào)控方法研究”的報(bào)告中，提出類生命機(jī)器人的研究理念，通過生命系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)在分子和細(xì)胞尺度的融合，推動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)由非生命介質(zhì)向生命介質(zhì)轉(zhuǎn)變，使得機(jī)器人同時(shí)具備生命系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而提升機(jī)器人的各種性能、帶動(dòng)機(jī)器人學(xué)科的發(fā)展。報(bào)告以類生命驅(qū)動(dòng)為例，介紹如何以活體細(xì)胞為物質(zhì)載體，通過與機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可控的類生命驅(qū)動(dòng)，并對生物介質(zhì)開展動(dòng)力學(xué)建模和調(diào)控研究，演示出類生命機(jī)器人理念的先進(jìn)性和效果。

華中科技大學(xué)陶波教授的報(bào)告題目是“大型復(fù)雜構(gòu)件移動(dòng)機(jī)器人自律加工技術(shù)研究”。報(bào)告指出，大型復(fù)雜構(gòu)件在航空航天、能源和軌道交通等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其自由曲面外形尺寸精度與表面粗糙度對提高其空氣或流體動(dòng)力學(xué)性能至關(guān)重要，需要通過先進(jìn)的光整加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度、高表面質(zhì)量制造。以形位精度與表面質(zhì)量控制為目標(biāo)的高效高精度制造是超大型復(fù)雜構(gòu)件加工的關(guān)鍵難題。

相比數(shù)控機(jī)床，移動(dòng)機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)靈活度高、作業(yè)空間大、環(huán)境適應(yīng)性和并行協(xié)調(diào)能力強(qiáng)等優(yōu)勢，以移動(dòng)機(jī)器人作為制造裝備的執(zhí)行體，利用機(jī)器人的柔順性，將高技能的人工經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化并固化在機(jī)器人操作控制中，并配以強(qiáng)大的感知功能，將使機(jī)器人成為不知疲倦的“能工巧匠”，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工向智能加工轉(zhuǎn)化，為超大復(fù)雜構(gòu)件的高效高品質(zhì)加工提供新的解決思路。陶教授結(jié)合本人在機(jī)器人化智能制造領(lǐng)域的科研經(jīng)歷，與參會(huì)者分享近年來本人及所在研究團(tuán)隊(duì)在大型復(fù)雜構(gòu)件機(jī)器人移動(dòng)加工領(lǐng)域的研究與應(yīng)用體會(huì)。

帶來最后一場報(bào)告的是西安交通大學(xué)蘭旭光教授，報(bào)告題目是“人機(jī)協(xié)作中基于物體功能的機(jī)器人自主作業(yè)與運(yùn)動(dòng)預(yù)測”。

人機(jī)協(xié)作中機(jī)器人自主操作和運(yùn)動(dòng)預(yù)測是共融機(jī)器人的重要研究內(nèi)容，報(bào)告提出了一種基于物理穩(wěn)定性和物體功能的適用于多目標(biāo)堆疊物體場景中的抓取方法。通過基于卷積網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人抓取關(guān)系推理，構(gòu)建條件隨機(jī)場圖模型，實(shí)現(xiàn)對場景的感知、理解與推理，得到物體間空間關(guān)系、物體功能與抓取部位之間的關(guān)系以及物體功能和作業(yè)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建模；最后基于有向錨點(diǎn)框機(jī)制，該網(wǎng)絡(luò)同時(shí)完成全卷積結(jié)構(gòu)的物體抓取部位實(shí)時(shí)檢測，在康奈爾抓取數(shù)據(jù)集的五折交叉檢驗(yàn)上取得了99.44%的準(zhǔn)確率，是目前精度最高的算法。

為實(shí)現(xiàn)物理關(guān)系推理網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，采集了包含超過5000張圖片的視覺操作關(guān)系數(shù)據(jù)集，并基于物體三維模型，建立虛擬圖像庫。為了進(jìn)一步拓展虛擬訓(xùn)練圖像庫的學(xué)習(xí)效果，研究了zero-shot的學(xué)習(xí)方法，構(gòu)建了正交空間和正交量化方法實(shí)現(xiàn)了模型方法的遷移學(xué)習(xí)；最終通過結(jié)合正確的抓取順序和抓取部位，我們能使機(jī)器人以正確的順序和功能準(zhǔn)確地對多個(gè)目標(biāo)堆疊物體抓取和作業(yè)。

當(dāng)前，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)已成立“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”重大研究計(jì)劃，通過面向智能制造、醫(yī)療康復(fù)、國防安全等領(lǐng)域?qū)踩跈C(jī)器人的需求，開展共融機(jī)器人結(jié)構(gòu)、感知與控制的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，為我國機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)提供源頭創(chuàng)新思路與科學(xué)支撐。未來，機(jī)器人可能有多模態(tài)傳感，會(huì)更加理解人類需求，共融機(jī)器人將成為未來發(fā)展的趨勢，實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能化的自然交互。

學(xué)會(huì)秘書處 供稿