工業機器人關鍵技術
目前的發展過程中,由于多學科的交叉,機器人不斷拓寬了應用,功能越來越完備了。通過像納米技術、生物技術的融合,又出現了醫療機器人、仿生機器人、納米機器人等等。隨著當前網絡技術和人工智能技術的發展,加快了機器人的研發和應用。機器人是一個學科交叉的領域,人工智能、網絡、生命科學、微納技術、3D技術結合,瞄準的目標是智能制造、智慧生活。
關于工業機器人的關鍵技術。首先工業機器已經非常的成熟,但未來工業機器人的創新發展還有機會,高性能集成化是它的主題,具體來說重載、高精度、輕量化、協作,這幾方面是工業機器人發展的一個未來。關于重載,日本已經有1.7噸載荷的機器人;電子制造里已經有微米級的機器人;輕量化、人機協作方面,這種機器人已經有了,像庫卡,國內的遨博等。
第二是移動操作化。在物流技術里,對工業機器人需求很大。機器人怎么去挑,移動加機器人加物流管理技術,未來這個方面會有需求。
第三個是智能網絡化。對一個制造車間來說,單獨工業機器人很難起作用,就必須網絡化與工藝相結合,工藝、工具加機器人,加機床,加AGV,做大的系統集成,這個方面還存在很多關鍵技術。
服務機器人關鍵技術
在有關服務機器人的具體技術層面,3D打印、軟體結構、人工皮膚、非結構環境下的SLAM(同步定位與建圖)、基于視覺的圖像處理、陪護的情感理解、安全問題、網絡決策機制、模塊化技術以及人機多機合作技術,這十個技術是我們在規劃中國的服務機器人未來十到十五年的一些基本想法。
比方說我們要關注的,很多現在中國的物聯網企業,電信企業都開始提出了云端機器人的概念。它實際上把機器人看作帶有傳感器的移動或不移動的手機,這樣去理解的話,機器人是一個傳感器的節點,它的技術問題就是知識的理解,以及通過怎么借助云的計算幫助機器人學習、共享知識,這方面又提高了個體機器人的智能化水平。
軟體機器人發展也很大,因為它所涉及到人的手是非常厲害,它軟,能做很多精細化的活。比如說抓取物品,進入腸道、血管,這些機器人必須軟。這些問題給我們未來就提出很多技術挑戰:材料怎么做,什么驅動,需要高能量,高密度,還有感知,它帶動了這些學科的發展。最近國內立項的一些項目也有軟體機器人。
人工皮膚技術,它也不完全屬于機器人,未來的仿真機器人如果進入情感陪護,作為一個伴侶機器人,你希望它的皮膚像人一樣好。怎么造這樣的皮膚,這里就有材料科學問題,制造問題。此外,人肢體壞掉,通過人造皮膚,用自己的細胞打印和生長出這種你膚質的皮膚,對人的修復有很大的作用,這屬于一個交叉學科的一個問題。
SLAM(同步定位與建圖)技術,也就是一個掃地機器人進入家庭以后,能夠像保姆一樣理解地圖,屋里的什么東西在哪里,在什么位置,自動把地圖建好,去導航定位,就是一個在室內環境下的一個導航的問題,它是在室內服務機器人最關鍵的一個技術,在未來它的突破對我們家庭應用非常有幫助。
情感理解技術,真正機器人跟人交互的時候,機器人怎么去理解,這包括理論建模,分析、表達、感知等等,這需要人工智能技術的發展。
安全決策問題,我們不希望應用機器人以后,出現安全問題。如果在醫院里邊,用它來搬運人的話,機器人安全嗎?孩子跟機器人玩安全嗎?所以在技術層面上也提出了高安全決策的問題,這方面技術、軟件、硬件要充分的保障。
最后難點是像人類一樣思考問題,這是人工智能嵌入到機器人里最關鍵的技術。未來是什么,像孩子一樣能學習的,叫自學習的凈化,是未來智能機器人發展的關鍵問題,比方說通過視校、模仿、交互、積累以后再學習,逐步就實現了增量學習、終身學習的概念,它在像人一樣思考。
所以我的理想中,機器人應該這么去發展,多學科要進來,包括搞人工智能的,搞網絡的等這些專家來介入,把我們的水平提高。
醫療機器人關鍵技術
醫學和機器人的結合出現醫療機器人。醫療機器人應用包括微創、骨科、放射、眼科等等,它的關鍵技術是機構設計與控制、圖像處理、系統集成與呼吸跟蹤。這些問題跟工業機器人不一樣。
醫療機器人有這些研究熱點:
首先我們的器官要三維重構,這需要三維重建與配準技術,以提高診斷精度與效率。
然后通過醫生的經驗去手術規劃,也就是術前術中導航與規劃技術,以提高手術精度。
制定好規劃之后,機器人才能去手術,用什么樣的工具就很關鍵,一般做人體手術的話,人盡量微創,在新型機構方面,要求更高。
然后是智能材料,如果在手術過程中有換關節、包括人工心臟替代等,材料技術與手術療效密切相關。
再就是控制與信息融合的問題,在手術的過程中,能感覺到圖像、切割的力,像人一樣去手術,這樣才能效率更高、更安全。
此外還有生物建模技術,以拓展醫生手術抉擇能力;人機交互技術,以提高手術可操作性。
在醫療機器人領域,目前最典型的應用是達芬奇手術系統,到去年已經售出四千多套,兩千多個醫院。它首臺售價3100萬元,第二臺賣給了中國,2700萬元,目前國內已經購買了46臺,目前售價為2100萬元。傳統的微創手術,醫生在鏡頭下去操作,體力、精力、精度都受限制,而且經驗難以復制。現在醫生在一個三維屏幕上操作交互設備,機械手在體內實現操作,手術精度大大提高。