与人共融-机器人技术发展的新趋势

与人共融-机器人技术发展的新趋势经过半个多世纪的发展，机器人技术已经对人类的生产和生活方式产生了深远影响，并成为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。当前，国际机器人技术新的发展趋势是什么？与人共融机器人的基本概念及内涵是什么？我国机器人技术发展又面临哪些机遇与挑战？这些问题亟待我们思考和解决。

自上世纪中叶起，机器人技术经历了半个多世纪的发展，已经深入到人类生产、生活的各个方面，给人类社会发展带来重大变革。进入二十一世纪后，在科技水平的快速发展以及人们日益增长的需求的共同作用下，机器人技术得到了空前的关注，被认为是新技术革命的核心。

“制造出像人一样的机器”几千年前就已经是人类的伟大愿望，但目前，人和机器人仍然是一种使用和被使用，替代和被替代的关系，机器人更多的作为一种功能替代工具出现。

新的社会发展趋势表明：未来新一代机器人系统将从更多的方面模仿人，尤其是，机器人与人之间应更多地表现出一种和谐共存、优势互补的合作伙伴关系，即：与人共融是新一代机器人系统的最本质特征。

2013年，麦肯锡全球研究所发布的《引领全球经济变革的颠覆性技术》报告将先进机器人列入12项技术之中，并预计2025年潜在年度市场影响力约1.7万亿美元~4.5万亿美元。正是看到了机器人对经济、社会发展的重大推动作用，近年来，机器人技术的发展得到了全世界的空前关注，世界发达国家纷纷将机器人作为国家计划进行了细致的梳理和规划。

2013年出版的美国机器人发展路线图，将机器人列为继互联网之后可能对人类社会产生深远影响的技术。而欧盟早在2006年就成立专门机构，对欧洲机器人技术的发展进行了长期、细致的研究，并于2014年1月颁布了机器人发展路线图，用以指导欧洲各国机器人技术与产业的发展。

机器人技术发展的国际新趋势

美国于2011年启动了先进制造伙伴计划（the Advanced Manufacturing Partnership，AMP）。其中明确指出：“下一代机器人将与人类操作者紧密合作，为产业工人、健康服务者、士兵、手术医生以及宇航员等完成复杂任务提供新的能力”，这是迄今为止国家级计划中，对下一代机器人功能内涵的最清晰描述。

欧盟于2006-2008年制定的CARE计划（Coordination Action for Robotics in Europe）结合6个方面应用，对机器人技术的发展给出了较清晰的路线图。以此为基础，欧盟第七框架计划（2007-2013）归纳出下一代机器人的核心特征：安全、自主的“人—机器人—物理世界”的交互，并给出了其所包含的7方面共性关键技术：柔顺机电系统设计、实时认知、交互式控制、人类行为的学习与理解、反应式行为产生、适应人的任务规划、安全技术。在2013年4月德国推出的工业4.0计划中指出：智能工厂、智能生产是第四次工业革命的主题（图1），而这种“智能”的物理实体就是机器人，通过智能机器人、机器设备以及人之间的相互合作，提高生产过程的智能性。

图1 历史上的四次工业革命

日本机械学会将机器人作为其十个重点发展方向之一。把机器人的智能划分为五个等级。级别1为非自主运动；级别2为弱自主运动；级别3为部分自主运动；级别4为半自主运动；级别5为完全自主运动。1990年以前的机器人处于级别1，只是简单的“示教再现”，几乎没有智能；1990-2000年，机器人的进步主要体现在开始使用视觉传感器以及离线示教技术，其智能水平处于级别2~3；2000-2010年，随着视觉技术的进一步发展以及部分环境认知技术的采用，机器人智能开始突破第3级；2010-2020年，机器人将有望完全突破并进入第4级范畴，即：认知能力与灵活的物体操作、与人的合作交互以及弱化机器人的定位需求，并减少示教时间；在2020-2030年，要重点突破无示教作业、完全环境认知，推进机器人突破级别4。

图2 美国通用汽车公司（GM）的自主机器人与人合作发展预测

除了上述国家级的规划，作为传统工业机器人的使用大户、也是使用期最长的用户，美国通用汽车公司（GM）给出了下一代机器人的发展期望（图2）。机器人的前50年（上世纪五十年代中期到2008年）只是个开端，后续的发展包括：灵活的感知（二岁儿童的目标认知能力）、人与机器人之间的主动交互（四岁儿童的语言理解能力）、通过触觉和力觉反馈实现灵巧/细致的操作（六岁儿童的灵巧操作能力）、与人的安全交互以及理解知识（八岁儿童的社会理解能力）、人-机器人和谐工作。GM明确指出，下一代制造业的使能技术是具有人的能力的机器人。“替代某些人类功能”还远远不够

从上一节关于机器人的国际发展趋势的分析不难看出，各国纷纷将机器人的发展趋势与人与机器人之间的关系建立了紧密联系。为此，我们有必要重新梳理一下，在机器人发展的历史中，人与机器人之间的关系如何？

机器人诞生于上世纪中期，经历了半个多世纪的发展，截至目前，大部分机器人系统遵循一个基本的设计宗旨：在人类不可达、以及不适

合于人类生产生活的环境中，代替人高效率、高精度、高可靠地完成使命。传统的工业机器人，以及以空间、深海探测为代表的专业服务机器人，很好地贯彻了上述宗旨。工业机器人在汽车生产线上的大规模应用，极大地提升了生产效率，降低了成本，为缔造以汽车为代表的当代物质文明作出了重大贡献；机器人代替人登上了火星、月球，深入万米的海底，为人类探索不可到达的未知世界，发挥了不可替代的作用。到目前为止，机器人的设计更多地是代替人完成某种类人的功能。然而，进入二十一世纪，环境、资源、老龄化等关乎人类可持续发展的重大问题，正在迫使人们重新思考机器人在人类生产、生活中的地位。

过去的五十年中，大规模消耗资源、粗放式的生产、消费模式，给人类社会的发展带来了巨大动力，但随之而来的资源匮乏、环境污染等问题，对整个世界的发展也带来了极大挑战。在此背景下，绿色制造、再制造、柔性制造、个性化制造等新的制造模式正在成为制造业的发展方向。在刚性生产线上高速、高精度地完成重复性使命的传统工业机器人难以满足这些新制造模式对自动化、智能化装备的需求，研制新一代工业机器人理所当然就成为传统制造业强国要保持其地位的迫切需求。

同时，除制造业以外，各发达经济体、以及像中国这样依赖相对廉价劳动力快速发展的新兴经济体，其人口老龄化引发的社会服务及民生问题迫在眉睫。截至2013年，我国有逾8000万的残障人士和超过2亿的老龄人口，如何提升残障人士的生活质量、解决未来劳动力短缺和老人护理等问题，已经成为我国经济持续发展所面临的巨大挑战。研制新一代家庭服务机器人，被认为是解决此类问题的一个主要手段之一。为