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探秘中国科大人形机器人研究院

安徽日报
2024-09-06
十多年前，一部科幻动画电影《机器人总动员》点燃了彼时暑期电影市场的激情。影片的主角正是人形机器人，它们超凡的能力和细腻的情感，让观众对人形机器人充满无限幻想和期待。
人形机器人就是模仿人类外观和行为的机器人，它集成了人工智能、高端制造、新材料等先进技术。如今，人形机器人发展势头已成燎原之势，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品，深刻改变人类生产生活方式。人形机器人技术加速演进，已成为科技竞争的新高地、未来产业的新赛道、经济发展的新引擎，发展潜力大、应用前景广。
今年初夏，中国科大人形机器人研究院在合肥揭牌。中国科学院院士丁汉受聘为人形机器人研究院科技委员会主任，并宣布长三角人形机器人联盟成立。记者日前走进该研究院，一探相关人才培养究竟。
多学科交叉背景优势明显
人形机器人是多学科交叉融合的典型代表，涉及机械、人工智能、力学、材料、仪器、控制、计算机、科技伦理等学科。而多学科交叉优势正是中国科学技术大学最大的办学特色之一。
中国科大基础学科实力雄厚，拥有数学、物理、化学、力学、生物科学、天文学等6个国家理科基础科学人才培养基地。在教育部第四轮学科评估中，中国科学技术大学物理学、化学、天文学、地球物理学等7个学科获评A+。同时，中国科大也是国内数、理、化、天、地、生全部为A档的唯一高校。进入该校就读的本科生一直采用2+X培养模式，即前两年强调基础宽厚实，后两年强调专业精新活。
日前，在中国科大人形机器人研究院，学生正组装机器人。记者 徐旻昊 摄
在这样的背景下，中国科大人形机器人研究院汇聚了来自全校相关学科领域的顶尖科学家和工程师，致力于打造面向世界科技前沿、具有安徽特色的人形机器人综合研究平台。
中国科大工程科学学院副院长张世武教授从事多年仿生机器人研究，研制出多代仿生机器鱼、软体机械臂、仿生灵巧手、两栖机器人AmphiHex-I及AmphiHex-II、撼地者救援机器人、液态金属驱动移动机器人、液态金属电机等各类特种机器人。
“人形机器人也是仿生机器人的一种，AI里的算法也可以应用到人形机器人上面。”张世武说，团队很早就在做人形机器人相关的关键技术，比如灵巧手。“手是人身上运动最复杂的部位之一，有20多个自由度，又非常轻，还可以做很灵巧的操作。目前工业上的一些灵巧手跟真正的人手差距非常大。怎么让灵巧手变得又轻又灵巧，本身就是一个挑战。”张世武说。
研究院揭牌仪式上，该校相关负责人表示，将发挥中国科大多学科交叉优势，在材料传感、结构驱动、小脑（运动控制）以及大脑（具身智能）等方向争取技术突破，获得标志性成果。在技术创新的基础上，研究院将积极推进人形机器人在服务、医疗、教育等领域的应用。通过与企业的合作，加快科研成果的产业化进程，推动人形机器人技术在实际场景中的应用和普及。
持之以恒办赛点燃梦想
从2001年开始，中国科大每年都会组织开展面向全校的RoboGame机器人大赛。这一赛事吸引了许多专业学生参加，也因此培养出大批投身机器人方面的复合型人才。
今年暑假，中国科大机械工程专业研究生薛佳龙，因参加RoboGame机器人大赛，与来自不同专业的同学聚集在一个实验室里，不懈地进行机器人对战训练。
“之前机器人的研究方向主要是以工业机器人为主，其功能具体到去干某件事。如果把它放在别的应用场景中，可能无法使用或作用有限。但是人形机器人则被寄予希望可以做更通用的任务，比如，在家里做饭、打扫卫生，放到工厂里也可以搬运货物等。”薛佳龙对人形机器人有着自己的理解。他表示，RoboGame机器人大赛里的对战机器人虽然不是严格意义上的人形机器人，但是两者在机械设计、硬件布线、嵌入式系统开发等方面是有很多共通性的，并且前者经验的累积也是后者发展的基础。
中国科大人形机器人研究院学生制作的机器人。记者 徐旻昊 摄
薛佳龙表示，研究人形机器人是一项综合而细致的多学科联合任务，他和队友们各自发挥优势，又能从融合中各自学到新知识。“从底层来说，首先是机械设计，其中包括结构设计和工业设计。结构设计是让机器人能获得足够的稳定性，而工业设计则让它的外壳可以更加美观；然后是电路设计，既要保证通信过程及时流程，还要保证电源能输出足够电力，而且还要做到布线美观；再往顶层看，就涉及到自动化、人工智能等领域的技术。”他细致地介绍，自己在本科阶段主要偏重于计算机的方向，读研之后专门学习机械设计，同时因为研究人形机器人的需要，也会学习材料相关领域的内容。
让机器人更像人造福人
今年以来，在大模型和具身智能等概念带动下，人形机器人进入高光时刻。很多人形机器人研发者都把服务业看作最佳应用场景之一。
现在经常出现在酒店里的送餐机器人，成为很多人对机器人当“服务员”的原始印象。但在薛佳龙看来，送餐机器人还不能算是人形机器人，因为它首先还是一个轮式机器人，并且只能从电梯上去，还无法从楼梯走上去，到达之后还需要客人自己动手打开它的货仓取餐。
近日，在中国科大人形机器人研究院，学生进行人形机器人研究。记者 徐旻昊 摄
薛佳龙向记者描述了一个可视化的应用场景：“真正的人形机器人是有自己的判断力和更强的能力。比如，一旦发现电梯人多拥挤，它就可以走楼梯上去；还可以敲门进屋，把餐像服务员一样直接送到桌上……”
“如果机器人做得更像人，那么很多设计数据都可以直接从人类获取。”张世武说。这也是智能机器人向人形化发展的一个重要因素。作为机械与电子信息技术的结合体，人形机器人其实更像汽车，或者手机。
工业和信息化部印发的《人形机器人创新发展指导意见》提出，到2025年，我国人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破，确保核心部组件安全有效供给。整机产品达到国际先进水平，并实现批量生产，在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用，探索形成有效的治理机制和手段。
今年4月份以来，人形机器人创新中心在各大省市密集成立。4月16日，广东省具身智能机器人创新中心在深圳落地；4月18日，成都人形机器人创新中心正式营业；同一天，浙江人形机器人创新中心落地宁波；7月19日，安徽人形机器人创新中心也在合肥落户。一场围绕着人形机器人产业的竞赛已经开幕。
展望未来，有感觉、会思考、能行动并能与人沟通的人形机器人将会覆盖人类活动的方方面面，它会像汽车、计算机一样成为人们生活中不可缺少的组成部分。
“对于这样一个颠覆性产品的角逐，我们中国一定要在里面有自己的一席之地！”张世武说，“从模仿人，到超越人，再到进入家庭服务人，最终能去深空探测，去解决人类生存发展的终极问题。这些目标需要我们一步步实现，也终究会实现。”

来源：安徽日报

记者：陈婉婉

编辑：马珺

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