回顾：王田苗博士在2022世界机器人大会发布《机器人十大前沿热点领域(2022-2023)》

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　　8月21日，随着闭幕式的正式召开，为期4天的2022世界机器人大会圆满落下帷幕。中国电子学会嵌入式系统与机器人分会主任委员、北京航空航天大学机器人研究所名誉所长、中关村智友研究院院长王田苗博士出席大会闭幕式，并代表大会发布《机器人十大前沿热点领域(2022-2023)》，报告得到北航研究员陶永的支持。

 

　　

 

　　此次发布，中国电子学会根据国家“十四五”发展规划，面向国家智能制造发展战略需求，结合“硬科技”最新发展前沿与趋势，调研走访在机器人领域具备技术领先水平和特色应用优势的骨干企业，组织拜访了来自于知名高校、研究机构的机器人相关领域专家学者，系统分析梳理了权威智库和知名战略咨询公司的机器人相关研究报告、机器人创新创业的分析报告，归纳出2022-2023年机器人十大前沿技术；并结合我国国情和机器人产业发展现状，提出了2022-2023年十大机器人应用热点产品。

 

　　2022-2023年机器人十大前沿技术

 

　　

 

　　1.仿人机器人技术

 

　　仿人机器人以双足行走、双手操作，是执行拟人化、多任务的一种机器人形态，目标是期望完成人类的一些操作和任务，甚至很多人类无法完成的危险任务。

 

　　仿人机器人技术包括高转矩密度伺服电机、高动态运动规划与控制、机器视觉、导航移动、情感识别与人机交互、机器学习等关键技术。

 

　　凭借仿人形态的优势和运动特征，未来在家庭服务、商业服务、国防安全、危险作业等场景中具有重要的应用价值。

 

　　

 

　　2.自然语言理解、情感识别与人机交互技术

 

　　自然语言理解通过对人类语音、肢体等方面意图识别，生成相应的回答或动作指令。在引擎搜索、智能推荐、机器人交互等场景具有广泛的应用。

 

　　情感识别是对自然语言理解技术的进一步升级，利用图像识别、语音识别、大数据等技术实现对人类情感的有效识别。在教育娱乐、医疗康复等领域具有重要应用。

 

　　自然语言理解和情感识别是人机交互领域中的重要组成部分。伴随着人机共融、数字孪生、元宇宙等前沿科技的发展与需求，人机交互技术是未来数字时代的重要接口之一。

 

　　3.软体机器人与人工肌肉

 

　　软体机器人具有连续可变形结构，在人机共融、医疗康复、工业生产、特种应用中发挥重要作用。

 

　　人工肌肉具有类人肌肉的特性，相比传统执行器，安全性更高，功率更大。有望用于航天航空、医学等、特种服务等领域。

 

　　软体机器人与人工肌肉核心技术包括：仿生与生物模型计算，智能结构材料的刚柔耦本体，软体机器人，智能SMA与IPMC，人工肌肉与驱动、结构、感知，驱动一体化功能部件等。

 

　　4.DNA纳米机器人与新材料微纳部件

 

　　DNA纳米机器人具有微小、精准、靶向、低损伤、超高精度可控等优点，被誉为未来对抗人体疾病的理想的武器之一，在生物医学、组织工程、微电子技术等领域具有广阔应用前景。

 

　　核心技术包括DNA折纸技术、维纳操作、亚微米级微操作台、新材料与微电子技术等。

 

　　随着DNA纳米技术和新材料技术发展，胶囊机器人、电子皮肤等新兴微纳部件实现快速的交叉融合发展。

 

　　5.元宇宙与机器人融合技术

 

　　元宇宙与机器人的交叉融合，处于快速发展之中。元宇宙技术与数字孪生、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、云计算、人工智能（AI）、区块链、物联网、人机交互、虚拟人、边缘计算等技术交叉融合发展，旨在构建一个虚实结合的新型人机共融空间。

 

　　随着人工智能、人机交互、虚拟现实等技术的发展，元宇宙技术正逐渐走向人们的日常生活，例如科大讯飞发布的虚拟人技术。“元宇宙+机器人”正逐渐从传统的娱乐、社交、游戏、生活服务等领域，逐渐走向商业服务、高端制造等场景。

 

　　6.脑机接口与生机电一体化技术

 

　　脑机接口是在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，从而实现脑与设备的信息交换。

 

　　基于脑机接口的机器人是前沿科技之一，将机器人与脑认知交叉融合创新，在医疗领域、航空航天、教育、娱乐等多个领域，脑机接口技术将得到更广泛的应用，发展前景值得期待。

 

　　生机电一体化是近年来快速发展的前沿科学技术,通过建立神经信息测量处理与人机信息通道，与机器人交叉融合发展，作为典型的生机电一体化系统, 智能假肢，将假肢本体的机电集成、双向生机接口集成、假肢与生机接口的物理和功能集成进行融合。

 

　　7.复合机器人技术——“手足眼脑”一体化

 

　　复合机器人由移动平台、 机械臂、 视觉模组、 末端执行器等组成，集成了移动机器人与操作机功能，融合环境感知、 定位与导航等技术，可快速布局于智慧工厂与自动化车间、 电力巡检、 仓储分拣、 自动化货仓等场景， 满足柔性生产需求，是促进制造业转型升级的关键核心装备之一。

 

　　将围绕机器人环境感知、定位导航、工业视觉检测、一体化控制、精准抓取与操作等进行关键技术的攻关，实现核心技术和零部件的自主可控。

 

　　复合机器人作为一个整体，在复杂环境中，涉及到手足的柔顺阻抗，以及全身动力学控制技术。基于应用场景和底层模块，复合机器人将在“脑、眼、手、脚”技术上走向协同。

 

　　高精度导航传感器、视觉传感器、机器人操作系统及算法等核心软硬件技术取得关键突破，实现核心技术自主化、产品国产化。

 

　　8.机器人操作系统

 

　　机器人操作系统通常包括硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、进程间消息以及数据包管理等功能。

 

　　根据不同的行业需求，具有不同类别的机器人操作系统。例如面向教育和科研的ROS机器人操作系统，面向服务机器人的达闼海睿操作系统，面向无人驾驶的百度阿波罗、智行者Idriverbrain操作系统等。

 

　　随着机器人操作系统的快速发展，有望使更多机器人走向标准化和模块化，使机器人建立物理空间+数字空间的数字孪生成为现实；并促使机器人实现更大规模的落地。

 

　　9.云服务机器人技术

 

　　将机器人的大脑部署到云端，借助云端服务器，可实现更大的运算能力，实现更高效的数据应用。云服务机器人核心技术包含云计算、分布式计算、RPA/AIops软件自动化工具、数据储存与管理、机器人运动控制等方面。未来在无人驾驶、商业服务等数据密集型场景，具有广阔的应用前景。

 

　　通过云服务机器人的功能化模块和数据中心，可缩短机器人的开发周期、开发难度，同时便于后期的远程维护和状态监测。未来开发针对相关应用场景的“云端大脑+本地机器人”或“云端服务”类型机器人，有望成为机器人规模化推广和应用的重要模式之一。

 

　　10.机器人伦理与安全

 

　　机器人三原则：

 

　　① 机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观

 

　　② 机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾

 

　　③ 机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾

 

　　机器人技术作为一项快速发展中的新兴技术，部分技术和系统处于发展和迭代过程中，存在一定的安全隐患。同时，机器人在进行替代人做出很多决策行为时，同样需要遵从人类社会的各项规则。

 

　　人工智能和机器人技术的发展，将一些生活中的伦理性问题在系统中规则化。

 

　　机器人网络安全问题逐渐引起相关部门、供应商、用户等方面的重视，预防发生重要数据泄露、生产线瘫痪、机器人误操作等网络安全问题的发生。

 

　　2022-2023年十大机器人应用热点产品

 

　　1.家用服务机器人

 

　　家用服务机器人涉及领域广、门类多、需求大。以扫地机器人、割草机器人、教育娱乐机器人、短途出行机器人、陪护聊天等为代表的家用机器人快速发展。

 

　　家用服务机器人涉及门类多，需进一步攻克先进传感、环境感知与建模、路径规划、听觉视觉语义理解、神经网络深度学习，人机交互、情感识别与聊天等核心技术。

 

　　伴随着机器人产业的国内生态日益完善，价格逐渐普惠，未来的家庭服务机器人有望走进千家万户。

 

　　2.医疗与康复机器人

 

　　医疗外科机器人能够辅助医生实现远程力反馈操作、辅助定位导航、操作去抖等操作，实现高精度的作业。在骨科、脑外科、穿刺介入等领域具有广泛应用。

 

　　康复机器人凭借先进传感、精确控制等技术，可辅助相关偏瘫患者实现运动能力的恢复，或满足永久损伤患者的生活需求，提升人们的生活质量。

 

　　核心技术包括伺服视觉、智能传感器、高精度运动控制、力位控制、安全操作等技术。

 

　　3.机器人核心零部件

 

　　电机、伺服驱动器及减速器作为传统机器人的三大核心零部件，我国已基本实现国产化，并逐步占据国际市场份额，呈现从中低端逐步往高端零部件发展的趋势。

 

　　伴随着新一代智能机器人技术的发展，力觉、视觉传感器作为传统机器人实现智能化、数字化、柔性化的“敲门砖”，逐渐成为新一代机器人的重要核心零部件。

 

　　机器人模块化趋势不断凸显，近些年标准化的末端夹爪和移动模组不断出现，有望成为新一代机器人的核心零部件。

 

　　4.室内商业服务机器人

 

　　室内商业服务机器人主要应用于室内环境中的导航服务、商业清洁、餐饮配送、无人售货、无人餐厅等商业服务场景。

 

　　核心技术包括环境感知、地图构建、定位与路径规划、动态识别、及时避障、机器视觉、人机交互、智能决策与控制等，提供跨楼层到户配送服务的机器人，在大型商场、餐馆、宾馆、医院等场景得到广泛应用。

 

　　5.室外移动服务机器人

 

　　室外移动服务机器人主要应用于无人配送、道路清洁、无人巡检、无人巴士等服务场景，具有智能化程度高、运维成本低、安全快捷等特点。

 

　　核心技术包括多传感器融合、环境感知、地图构建、路径优化、导航与避障，智能决策、机器视觉、集群协同等。

 

　　伴随着激光雷达等零部件的价格下降，自主导航技术的成熟，同时在庞大的市场需求刺激下，无人配送成为很多企业竞争的领域，无人配送机器人开始呈现由室内向室外转变的趋势。

 

　　6.协作机器人及新一代复合机器人

 

　　协作机器人具有一定自主行为和协作能力，在非结构化环境中与人们安全进行交互协作的机器人。在3C、汽车、五金家电、机械加工、微创医疗、按摩理疗、无人售货等行业中具有巨大的市场空间。

 

　　新一代复合机器人是同时具备“手足眼脑”协同能力的移动复合机器人，具有更高的场景适应能力和作业效率。在智能制造、柔性生产中具有广泛应用前景。

 

　　协作机器人与复合机器人核心技术包括力位协同控制、机器视觉、高精度导航与定位、一体化柔性关节、智能化拖拽示教、安全行为决策、智能控制与决策、人机友好交互、精准抓取等。

 

　　7.物流仓储机器人

 

　　仓储物流机器人，进行仓储机器人的路径规划和任务协同，可实现数百台甚至上千台机器人同时协作，完成上架、拣选、补货、退货、盘点等任务，包含AMR、AGV机器人、无人叉车等，具有良好的市场价值。

 

　　核心技术涉及多传感器融合、建图与定位、引导和导航、避障规划、高精运动控制、多机器人集群控制等。

 

　　仓储物流机器人作为智慧物流的重要组成部分，顺应了新时代的发展需求，是物流行业解决高度依赖人工、业务高峰期分拣等瓶颈问题的关键突破口。

 

　　8.高端仿生机器人创新平台

 

　　仿生机器人指基于仿生学的机理、生物结构等特征进行机器人的设计与研发。通常具有仿生外形或运动特性，例如四足机器人、人形机器人、仿鱼水下机器人、仿生扑翼机器人等。

 

　　伴随着高功率密度关节、平衡控制、步态规划、人机交互等核心技术快速发展，使得高性能四足、人形等仿生机器人的落地成为现实。

 

　　伴随特殊服役、商业服务、家庭服务等场景的潜在需求，相关融资活动或新品发布十分活跃。

 

　　9.空间机器人

 

　　空间机器人是指面向太空环境作业的机器人。面临微重力，高真空，大温差，照明差的恶略环境，对机器人的性能要求极高。在空间勘测、航天员出仓等作业中具有重要作用。

 

　　核心技术包括运动控制、柔顺控制、轨迹规划、无线通讯等。

 

　　随着我国探月计划、火星计划、空间站的建设等规划，对空间机器人的需求日益旺盛。相继发布了玉兔号、祝融号、空间机械臂等太空机器人。

 

　　10.特殊环境服役机器人---军事、消防、农业、核工业等领域

 

　　机器人在特殊环境下的服役，在消防救援、电力勘测、农业、核工业、反恐防暴、国防安全等领域具有巨大的需求，代替人进行危险的作业或者重复性的操作。

 

　　核心技术包括导航与定位、机器人核心零部件、力位控制、机器视觉、遥操作与精确控制技术等。