機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。如今的機器人發(fā)展的特點可概括為：橫向上，應(yīng)用面越來越寬。由95%的工業(yè)應(yīng)用擴展到更多領(lǐng)域的非工業(yè)應(yīng)用。機器人應(yīng)用無限制，只要能想的到的，就可以去創(chuàng)造實現(xiàn)；縱向上，機器人的種類會越來越多，像進入人體的微型機器人，已成為一個新方向，可以小到像一個米粒般大??；機器人智能化得到加強，機器人會更加聰明。
當(dāng)前，對于機器人的研究，人們已經(jīng)不滿足于單一結(jié)構(gòu)環(huán)境下的定點作業(yè)，開始把目光對準生物界，力求從豐富多彩的動植物身上獲得靈感，將它們的運動機理和行為方式運用到對機器人運動機理和控制的研究中。因此，仿生機器人已然成為了機器人研究領(lǐng)域的熱點之一。
“仿生機器人”是指模仿生物、從事生物特點工作的機器人。仿生機器人相較于其他移動機器人，具有更大的適應(yīng)性和靈活性，更適合在人類生活、工作的環(huán)境中與人類協(xié)同作業(yè)，或代替人類工作。得益于人機交互、軟體機器人控制、機器人生物行走等新型技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前世界范圍內(nèi)仿生機器人的研究工作已經(jīng)取得了一定成果。
具體來看，仿生機器人主要分為以下兩大類：
首先是仿人機器人。這類機器人是指模仿人類形態(tài)、運動、感知和交互功能的機器人系統(tǒng)。研究人員通過研發(fā)，最終希望仿生機器人可在危險環(huán)境下代替人進行工作，或在日常生活中為人提供服務(wù)。例如波士頓動力公司開發(fā)的液壓驅(qū)動雙足步行機器人Atlas、我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等研制開發(fā)的雙足步行機器人等。
其次是仿動物機器人。這類仿生機器人一般都是模仿自然界中的哺乳動物、昆蟲、兩棲動物等制造的，適合在野外、災(zāi)害現(xiàn)場等特殊環(huán)境下進行運輸、救援作業(yè)。在這一領(lǐng)域中，小編不得不單獨提一提我國重點研究的仿魚機器人。研究仿生機器魚可以極大提升水下機器人的效率、性能和復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力，代替人類完成長期水下監(jiān)控和作業(yè)。例如北京航空航天大學(xué)研制的SPC系列仿魚機器人，該型機器人在水下考古、環(huán)境監(jiān)控中進行了應(yīng)用示范。
其實，仿生機器人研究目前存在諸多難題。仿生機器人誕生到發(fā)展短短數(shù)十年，積累的研究成果已經(jīng)非常豐碩，開辟了機器人領(lǐng)域獨特的技術(shù)和研究方法，但由于其學(xué)科的交叉性，“仿生”機器人仍然存在諸多問題。
從生物機理來講，對其揭示不夠，模型構(gòu)造過于簡單。通過對生物機理的研究，可以揭示生物自身的功能，為仿生機器人的研究提供依據(jù)，但由于生物體本身是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其神經(jīng)、骨骼、肌肉等構(gòu)造以及其運動功能細節(jié)非常繁瑣，目前所建立的模型遠遠不能模擬生物的控制過程及反映過程。
仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計與生物結(jié)構(gòu)的合理性和精巧性相去甚遠。在運動方面，生物的結(jié)構(gòu)剛?cè)岵蛊渥陨砭哂徐`活性、高效性和輕量化等特點，增強了其自身的運動性能和環(huán)境適應(yīng)能力。而現(xiàn)在的仿生機器人多為剛性結(jié)構(gòu)，其重量、尺寸與生物的差距也較大，因此無法對機器人機構(gòu)提供有效的設(shè)計原則。
高性能新型仿生材料研究不足，已有研究成果應(yīng)用領(lǐng)域過窄。目前的仿生材料研究在生物力學(xué)和工程力學(xué)的銜接點、許多天然生物材料的模型抽象、仿生材料的設(shè)計制備方法等方面還有待于進一步研究。而仿生機器人材料大多采用鋼、鋁、塑料等常規(guī)材料，無論剛度、柔性、韌性以及減阻性與生物自身差距很大，使得仿生機器人性能降低。
控制方法較傳統(tǒng)，神經(jīng)控制、肌電控制等仿生控制方法突破不夠。生物良好的環(huán)境感知能力也是仿生機器人研究的方向之一。生物可以通過視覺、聽覺、嗅覺等感官系統(tǒng)時刻對周圍環(huán)境進行感知并做出準確的判斷，以適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。而現(xiàn)有的仿生機器人還無法準確的模擬生物的感知特性，對周圍環(huán)境的感知能力存在精度較低、反應(yīng)時間較長、對復(fù)雜環(huán)境的感知準確性不足等問題。
我們認為，仿生機器人的驅(qū)動力主要來源于兩個方面：一是個人/家庭服務(wù)的需要，例如，目前在西方國家，機器人寵物十分流行，仿人機器人的出現(xiàn)，可以彌補勞動力不足，解決老齡化的家庭服務(wù)和醫(yī)療服務(wù)等;二是執(zhí)行特殊任務(wù)，比如，仿麻雀機器人可以擔(dān)當(dāng)環(huán)境檢測的任務(wù)等。其關(guān)鍵技術(shù)在于機器人對外界環(huán)境的識別和處理，隨著人工智能技術(shù)不斷取得突破，仿生機器人也逐漸開始發(fā)展。
在廣州中以機器人研究院常務(wù)副院長張倫明看來，相較于以色列等國家，我國在仿生機器人方面的應(yīng)用還處在初級階段，廣東目前也未見有領(lǐng)先國際的仿生機器人企業(yè)及產(chǎn)品。張倫明表示，這背后既有研發(fā)方面的原因，也有技術(shù)以及市場方面的原因。我國仿生機器人的基礎(chǔ)研究還達不到國際水平，仿生機器人相關(guān)的視覺技術(shù)及傳感技術(shù)還需進一步提高。而與市場對接的企業(yè)是逐利的，不少會做短平快的機器人項目及產(chǎn)品，仿生機器人目前還達不到大規(guī)模應(yīng)用的水平，也影響了其發(fā)展。
盡管我國的仿生機器人研究雖然已取得了不少成就，但要趕超那些在仿生機器人領(lǐng)域深耕多年的國家，就必須解決以下幾個問題：
首先是整體技術(shù)水平有待提高。在整體功能、穩(wěn)定性和可靠性方面，我國與日本相比還存在差距，本體機構(gòu)設(shè)計、運動規(guī)劃、控制等關(guān)鍵技術(shù)也有待提高。
其次是精密減速器、伺服電機、伺服驅(qū)動器等核心關(guān)鍵零部件長期依賴進口，亟須突破。這也是我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的通病，不僅是仿生機器人領(lǐng)域，其它機器人領(lǐng)域亦然。
最后是企業(yè)參與度低。我國仿人機器人的研發(fā)，大都集中在高校或研究機構(gòu)，而各機器人企業(yè)真正研究仿生機器人的寥寥無幾。
下載文檔
