从会弹肖邦的TEO机器人,到可随意浮动的飞行水母,到能画沙画的双臂协作机器人……世界机器人大会上的各种炫酷机器人让大家过足了瘾,8月27日,这场机器人盛宴终于落下了帷幕,但是,闭幕式上,世界机器人大会专家委员会发布的机器人领域十大最具成长性技术展望(2017-2018)却给了我们更多的期待。

据了解,当天发布十大最具成长性技术展望的目的是引导中国战略新兴产业发展、促进传统产业升级换代、逐步构建具有战略性、前瞻性和引领性的技术创新体系,从而支撑《中国制造2025》和国家创新技术发展战略。

世界机器人大会专家委员会委员王田苗说,机器人当前处于创新突破的重要关口,这些技术将进一步赋能传统产业升级转型。

最具成长性的技术到底有哪些,未来这十大技术到底会如何发展,又将在哪些领域发挥重大作用呢?

软体机器人——柔性机器人技术

采用柔韧性材料进行机器人的研发、设计和制造,一般采用记忆合金、气体驱动等控制方式。软体机器人能够在大范围内任意改变自身形状,在管道故障检查、医疗诊断、侦查探测领域具有广泛前景。

最近两年,软体机器人在机器人领域引起了人们的关注,但是,软体机器人在国内外的发展还处于“婴儿期”,目前主要在两个方向上的应用比较成功,一个是机器人的抓取,在对软性的、形状各异的、易碎的物品抓取方面,软体机器人要优于传统的刚性机器人,产业化的效果也不错,另一个是医疗康复,辅助穿戴式柔性设备目前也取得了一定的成功。未来随着软体机器人与柔性电子、智能材料相结合,将会有更多应用商业化,而不局限于抓去和康复。

机器人可变形——液态金属控制技术

通过控制驱动电磁场外部环境,对液态金属材料进行外观特征、运动状态的准确控制的一种技术,可以用于智能制造、灾后救援等领域。

大家对这项技术最初的印象应该是停留在《终结者》中的液态金属机器人T1000,身体是由可还原记忆的液态金属构成,t1000的每一滴液态金属都是它的CPU,这些CPU即拥有独立的思维,可以分散工作,也有能自我组合、能相互协作的能力。但是,现实中的液态金属控制技术还差很远。

在2014年发现电控可变形液态金属后,清华医学院和中科院理化技术研究所在2015年3月研制出完全摆脱外部电力,可以自主运动的液态金属机器,为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。有网友表示,目前的液态金属控制技术并没有宣传的那么厉害,但是可以实现两点:一、可变形,在一定的约束环境之下,可以通过外力发生一定的形变同时仍然保持原有功能不变,通俗地说就像橡皮泥;二、自主运动,在导管中实现轨迹运动。

生物信号也可以控制机器人——生肌电控制技术

利用人类上肢表面肌电信号来控制机器臂的技术,可以增强人机交互的自然性和主动性,在远程控制、医疗康复等领域有着较为广阔的应用。

肌电控制机器臂是一种生物电控制的典型“人一机系统”,目前比较成熟的是肌电控制假肢,能够反映人肢体的运动信息,控制简单, 与其它方式控制的假肢比起来具有很多的优越性,因而受到患者的青睐,拥有广阔的市场。

肌电信号极为微弱,经常淹没在其他的生物信号及外部噪声中,因此必须采用高质量的EMG检铡系统。目前所采用的检测方式主要是依靠表面电极 和针式电极,将EMG从适当的截肢部位引出,再进行滤波处理。一种无线电探针原型也已开发出来,但尚处于试验阶段。

尽管肌电假肢在实际应用中获得了巨大的成功,但当截肢者的残肢太短,或者因瘫痪而导致肌肉萎缩时,就不能提供足够的肌电假肢所需要的控 制信息。同时,肌肉的疲劳、电极位置的改变、肌电信号的训练、体重的波动都会使肌电信号的特征值发生变化,造成多自由度肌电假肢的控制准确度难以提高。由于受对肌电信号的解码能力所限,肌电假肢所能控制的自由度也是很有限的,大都仍然是单自由度,通过上臂肌肉的收/缩来控制。

机器人也可以有皮肤——敏感触觉技术

采用基于电学和微粒子触觉技术的新型触觉传感器,使机器人拥有类似人类皮肤的敏感触觉,能够让机器人对物体的外形、质地和硬度更加敏感,最终胜任医疗、勘探等一系列复杂工作。

随着机器人产业的兴起,电子皮肤也成为科学家研究的一个重要方向,最近几年,已经有不少科学家在这方面取得了令人振奋的进展。最近,又有科学家研发了一种全新“电子皮肤”微系统,能够跟踪心率、呼吸、肌肉运动和其他健康数据。这种新型的“电子皮肤”包含约50个组件,通过嵌在保护性硅胶的250个微线圈网络连接。与其他监视器不同的是,柔软的材料使其能够贴合身体。与普通传感器不同,该装置中的微线圈是三维的,从而使灵活性最大化。线圈可以像弹簧一样伸展和收缩而不会破裂。线圈和传感器部件也配置在不寻常的蜘蛛网图案中,确保“任何方向的均匀和极高水平的拉伸性和弯曲性”。它还可以更紧密地包装组件,最大限度地减小尺寸。

这种电子皮肤可用于各种领域,包括持续的健康监测和疾病治疗,也可用于新兴的软体机器人或自主导航等领域。

机器人“主动”和你说话——会话式智能交互技术

结合语音唤醒、远场语音识别和深度语义理解技术,让人与机器能够实现人与人一般的交互方式。机器人不仅能理解用户的问题并给出精准答案,还能在信息不全的情况下主动引导完成会话。

虽然现在很多智能机器人都能陪聊,但是只有真正跟机器人“聊”过天,才会发现,那真是一件非常累人的事情,对话僵硬不说,而且经常聊不到点上,一下就把天聊死了。而会话式智能交互技术是一种不同于 Siri 这种你问我答的语音交互方式,不是人适应机器,而是机器适应人,是一种人机交互的新方式。它不是采用对话的命令模式,而是一来一往,有一段上下文的交互形式。

适应这样的方式需要哪几个特性呢?除了大家都比较熟悉的语音识别的技术,语音合成的技术,和一句话讲出来,能理解这句话的技术,它还需要一些新的特性。

首先,会话场景的认知。它不仅仅是命令回答式,比如我说我要吃三明治,它可以知道你想要一个三明治,Ok,接下来它得会问你,你想点餐吗?然后点餐的时候它已经知道,我想吃三明治(就可以去找提供三明治的餐厅)。

第二个,认知会话的起始。有上下文还不够,我得知道上下文什么时候开始,什么时候结束。

第三个,会话的动机。大多数时候人跟机器交流还是有一个目的的,像刚刚说的要点餐还是怎么样,或者开车的时候知道什么路是安全的。它要推理用户的意图是什么,然后根据意图来提供后端的服务。

这样的交互方式的好处是显而易见的,它就好像是你的一个朋友,而不是一台机器人,它能让人产生自然的交互体验。

机器人可以有“心理活动”——情感识别技术

通过对神经系统电活动和特征信号的收集、识别及转化,使人脑发出的指令能够直接传递给指定的机器终端,在人与机器人的交流沟通领域有重大创新意义,可应用于助残康复、灾害救援和娱乐体验。

Pepper号称是世界上第一个能读懂人类情感的机器人,它可以依靠头部的两个摄像头和一个3D传感器,对人的表情、声调到喜悦及愤怒等感情均可识别,并且可根据人类情绪进行反应。比如当有人走近时,它乌黑发亮的大眼睛会盯着这个人看上一秒钟,舒展一下自己的身体,就好像在环顾四周。然后它会停下来,抬起一只手打招呼,并做出请人靠近的手势。

现在,这样的情感机器人已经越来越多,不仅能利用机器视觉理解、多模态情感识别等技术,实现对人的语音、表情、肢体语言的情感识别,还能根据不同的情感给予不同的反应,比如日本人形机器人Geminoid F能通过视觉系统捕捉人类面部表情并成功复制,具有眨眼、微笑、皱眉等65种不同的面部表情。但是,目前的情感识别技术还是远远不够的,大部分机器人的情商仍停留在5、6岁的水平。

用意念操控机器——脑机接口技术

通过对神经系统电活动和特征信号的收集、识别及转化,使人脑发出的指令能够直接传递给指定的机器终端,在人与机器人的交流沟通领域有重大创新意义,可应用于助残康复、灾害救援和娱乐体验。

脑-机接口是神经工程领域领先发展、重点研发的前沿热点。通过解码大脑活动信号获取思维信息,实现人脑与外界直接交流,能为残疾人提供不依赖外周神经和肌骨系统的人机交互技术,帮助残疾病人恢复正常生活、重建其对生活和康复的信心。

从定义上说,脑机接口(Brain Machine Interface)就是研究如何用神经信号与外部机械直接交互的技术,属于传统意义上的黑科技。脑机接口主要分为植入式和非植入式两大类。区别在于,植入式电极相比头皮贴片而言精确度要高得多,可以编码更复杂的命令(比如三维运动)。但是,非植入式的更安全,所以接受程度也更高。

脑-机接口为大脑提供了全新的、无需依赖常规外周神经与肌肉系统的对外交流通道,大脑思维活动提供了可检测的反映心理或行为特征的神经电生理信号,可经头皮电极、皮层表面电极或皮层内部植入式等多种传感器拾取。通过解码这些特征脑电信号,脑-机接口获得大脑思维意图信息,再由工程技术手段将其转换成可用于控制外部设备工作的指令信号,从而实现无需常规外周神经与肌肉系统参与、按大脑思维意图照办的对外信息交流与互动。

机器人为你带路——自动驾驶技术

通过深度学习、机器视觉、人机交互等多种技术融合,实现汽车、飞机、船舶等交通工具的自动驾驶。应用自动驾驶技术可为人类提供自动化、智能化的装载和运输工具,并延伸到道路状况测试、国防军事安全等领域。

自动驾驶技术发展时间还不长,最终形态是要做到无人驾驶,这个结论是确定的,大家也在不断朝着那个方向努力,但是,目前的自动驾驶技术都只能算高级驾驶辅助,离真正的无人驾驶还有距离,一切量产车上将双手离开方向盘的行为都是作死,包括特斯拉,哪怕你已经升级到最最最新的Autopilot驾驶系统。。

无人驾驶是未来数十年内大趋势,这点几乎获得了一致认同,除了特斯拉之外,各大厂商也在积极发展,包括传统汽车厂商、科技厂商、传统汽车厂商+科技厂商,最著名的代表厂商有谷歌、百度、奥迪、奔驰、福特……

再造一个虚拟现场——虚拟现实机器人技术

基于多传感器、多媒体和虚拟现实技术,实现操作者对机器人的虚拟遥控操作,在维修检测、娱乐体验、现场救援、军事侦察、医疗等领域具有应用前景。

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

虚拟现实是多种技术的综合,包括实时三维计算机图形技术,广角(宽视野)立体显示技术,对观察者头、眼和手的跟踪技术,以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。

机器人之间可互联——机器人云服务技术

机器人本身作为执行终端,通过云端进行存储与计算,即时响应需求和实现功能,有效实现数据互通和知识共享,为用户提供无限扩展、按需使用的新型机器人服务方式。

RoboEarth让我们看到云机器人不仅是概念,而已经开始实施。云机器人作为机器人学术领域的一个新概念,其重要意义在于借助互联网与云计算,帮助机器 人相互学习和知识共享,解决单个机器自我学习的局限性。

RoboEarth是专门为机器人服务的一个网站,是一个巨大的网络数据库系统,机器人在这里可以分享信息、互相学习彼此的行为与环境。单个的机器人是孤立的,其功能和行为在出厂基本已经设定好了,而且很多机器人不具备自我学习能力。因此,当机器人处于陌生的、非结构化的环境时,就不能读懂环境并有 效应对一些事情。面对人类生活环境的多样性,机器人能否自我学习,如今快速发展的传感器技术可以让研究者们收集大量的传感器信息,数据挖掘工具也能够提取更有效的模型,强大的互联网技术(如云计算)可以让开发者获取比机器自我学习更多的信息。