機器人產業突破，從生命科學開始
分類：
技術交流
來源：
2018/04/03 19:34
【摘要】：
機器人技術產業革命已創造了數萬億美元的新市場，其中，中國份額占據頭名。但遺憾的是，由于關鍵部位的研發能力不足，我國企業產品銷量僅占全球的28%。中國科技力量如何彎道超車？日前舉行的2015上海國際機器人創新論壇上，專家建言，突破這無生命的機器人領域，能否從生命科學開始？
機器人迎來三次浪潮
機器人這三個字，許多人并不陌生。用德國漢堡大學多模式系統技術研究所所長、德國漢堡科學院院士張建偉的話來說，已經過三次發展“浪潮”。
第一代機器人是簡單的示教再現型機器人，這類機器人需要使用者事先教給它們動作順序和運動路徑，再不斷地重復這些動作。目前在汽車工業和電子工業自動線上大量使用的就是這類機器人，沒有感覺也不會思考。第二代機器人，將傳感技術融入其中，形成一定低級智能，即獲取外界環境及操作對象的簡單信息，并作出基本判斷，相應調整動作。第三代機器人技術，正是當前各國競爭白熱化領域，即高級智能機器人，人們賦予它的期待，是能夠根據復雜環境因素，作出更為準確的判斷。換句話說，應該更聰明。
說起智能研究，有什么比人腦更加聰明呢？由此，機器人研究力量聚焦的目光從最初的機械、材料、計算機、傳感等領域，更多投入生命科學。中科院上海生命科學研究所神經科學研究所研究院張旭認為，腦科學的一部分——認知科學，將在未來機器人科技中占據很大分量。這種融合，對于每一個國家，對于科學家，對于產業界，對于大學、科研所、政府、企業，都是挑戰。
人工智能要仿生人腦
機器人誕生之初，并非沒有想到過對人腦的仿生，但由于人腦科技的復雜，這一研究思路在早期并不是一條坦途。有這樣一組數據：人腦組成單元神經細胞數量達上千億，與銀河系已知星體總數相當；而作為神經細胞的連接點“突觸”數量，又是神經細胞的1000倍，靜態時長度之和達18萬公里，足以繞地球四圈，動態時每秒完成千萬次實時鏈接……“這個基礎研究似乎是無盡的，怎么應用到智能產業中，出現新智能技術轉機呢？”張旭說。
目前，我國確立了戰略性先導科技專項——“腦科學前沿與交叉研究：腦功能連接圖譜研究計劃”，中國研究人員正在嘗試使用一種特殊染料，染色后不同動態的神經元突觸呈紅綠雙色顯像，以此了解人腦在感知覺、學習記憶、情緒、抉擇等重要功能的活動情況。在學科邊際日益模糊的當下，以腦科學為主體的生命科學研究，在探索人體奧秘的同時，也將為機器人領域帶來重要推動力。
張旭介紹，無論我們有什么樣的感覺，無論是聽視、疼痛、溫度等等，都要通過海馬到達皮層，通過穩定的神經網絡環路，最終分別在不同的腦區里形成不同的感覺。這種感覺會互相影響。一個個神經環路，相應組成復雜的神經網絡，這種鏈接雖然在細節上是無限的，但在結構上是有限的，研究它的意義，對機器人智能系統的設計，很有啟發。
2012年6月，《紐約時報》 披露了Google Brain項目，吸引了公眾的廣泛關注。研究小組用16000個CPU中心的并行計算平臺訓練一種“深層神經網絡”，正是來自腦科學研究成果，在語音識別和圖像識別等領域獲得了巨大的成功。不久前的浦江創新論壇上，大屏幕上展示了一張孩子垂手握住網球拍的圖片，微軟公司研究院主任鄧立正在展示受人腦研究啟發而來的深度學習技術，令冰冷的機器可以比人更快、也更準確判斷圖片中的人究竟是正在打球還是僅僅持拍。這意味著人工智能在向大腦靠攏的道路上進了一大步。
研發從“腦”到“身體”
生命科學融入機器人前沿技術中，遠不止于對機器人“腦”的研發，連“身體”都開始接管。越來越多科學家開始探尋生物機電三位一體的技術發展道路，中國研究人員已經做出許多探索。
上海交大機器人研究所教授朱向陽介紹，浙江大學研發的人工控制器安裝在老鼠身上，活生生的老鼠會按照人工指令行走。這樣的研究正在全球多處進行，也為人類對未來機器人的設計增添了很多可能，科學家需要完善控制技術，以及解決機械電子與生物體之間的融合、能源等問題。
由于科學倫理所限，直接將控制器與人體整體相連的設想難以實現，但將其移植應用于醫療領域，幫助肌肉骨骼完好、僅神經系統受損的腿傷患者恢復行走能力，這一技術應用正逐漸成真。這些實踐和探索都將反過來促進人類對生命體控制技術的研究，從另一個方向突破，占據機器人研發的高地。
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