林天麟：不断突破机器人应用场景，提供更好的越障能力_新浪财经

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　　中国高新技术论坛于11月15日-17日举行。香港中文大学（深圳）助理教授，机器人与智能制造国家地方联合工程实验室常务副主任，深圳市人工智能与机器人研究院（AIRS）智能机器人中心主任林天麟出席并演讲。

　　以下为演讲实录：

　　大家好，我是林天麟。今天，我很高兴能够与大家分享一个非常有趣的未来科技，即自由形态通用机器人。在此之前，大家可以看到屏幕上展示的机器人形态各异，结构不同。这是因为它们需要在不同的应用场景下发挥不同的功能，因此形态和功能都不相同。我们是否有可能创造出一种机器人，可以解决所有问题，而不需要针对每个问题都派遣不同的机器人呢？这是我们研究通用机器人的主要目的，即希望不断突破机器人的应用场景，提供更好的越障能力，去到人类难以到达的地方，解决相关的问题。目前，我们往往针对某个具体的应用场景或功能去研发特定的机器人，这些机器人是固定的，只能在特定场景下发挥作用，而转移到另一个场景时，可能无法发挥其功能。

　　因此，我们思考，是否有一种方法可以突破传统的固定构型机器人，根据不同的任务，改变整个机器人的构型，以满足现场的需求。在探索未知环境的场景中，我们不仅需要一个灵活变形的机器人，还需要不同构型的机器人一起来解决问题。如在外星溶洞中建立基地，一种机器人无法满足溶洞复杂内部环境的探索需求，因此，我们想创造一种自由形态机器人，在面对复杂的环境和不同的任务时可以随时变化形态和功能，应对不同的挑战。这种机器人特别适合于场景和任务不确定的情况，例如地区搜索、勘探、外星建设等任务。

　　向火星或月球发送一个机器人是非常困难的，如果发送许多不同的机器人，成本将非常高。但如果我们发送一个可以变形的机器人，它就可以很好地完成任务。我们构想了一个方案，使用许多小型机器人，它们可以合作组成不同的机器人，以完成不同的挑战。例如在遇到障碍时，它们可以组成桥梁，让其他小机器人通过并完成任务。此外，也可以组成四足机器人、双足机器人、机械臂等，以进行不同的工作。

　　机器人变形有多种方法。从电影《变形金刚》中可以看到汽车折叠的过程中变成人形的状态，这种技术有一些实现方法，一些机构用相关的变形做微调，将轮子变成腿。这样的好处是结构相对较坚固，但形态和功能变化有限，最多只能有一两种到三四种变化。另一种是电影《终结者2》中的方法，T1000作为液态金属机器人，可以任意变形。一些科学家已初步实现了这个技术，通过驱动平台上的液态金属，可以改变其形态。它的形态可以非常多变，但应用时起来工作空间非常有限，基本上只能在特制的平台上活动，离开平台就不能工作。《超能陆战队》中有很多小机器人相互协作变成不同的大机器人，很多科学家也在探索这种技术，我们称之为模块化重构的机器人，它是由小机器人组成，以解决不同的任务。

　　这种机器人有几种关键元素组成。第一种是连接器，用于机器人之间的物理连接。第二个元素是运动装置，它的运动方法主要分为两种：一种是每个小机器人模块都有自己的移动功能，比如轮子等，可以走到其他机器人面前进行连接；另一种是它们连接以后可以通过自身的关节运动形成一个整体的机器人。这种机器人形态可以多变，对于大范围的工作是比较理想的。总的来说，这种机器人可扩展、可重复、可重用。

　　模块化机器人的历史可以追溯到1985年，当时从平面的移动开始研究，慢慢发展成三维的运动，同时开始有自重构的能力，机器人连接好后，可以通过自己的运动重组一个结构形态，变成另外一个结构去执行任务。这些机器人还可以自行组装，它们原本是零散的，但可以自己走到一起，靠在一起，进行组合，提高了灵活性。近期研究更强调机器人间连接是否可以更快速。传统的连接需要非常准确，类似我们的航天站，其活动变形难度很大，我们要探索是否有更快速的连接方法并且可以进行任意连接。快速连接需要几个面对准，我们是否可以更进一步，只需将这些机器人任意的接触，它们就可以连接，无需特定的连接点。

　　2020年出现了一种新型的连接方式，类似于由多个圆球组成的表面，这些圆球的表面都可以进行连接，从而极大地拓展了其应用能力。然而，尽管可以从一个连接点移动到另一个连接点，但仍然是离散的。我们是否有可能进一步实现更加灵活的连续转移呢？受到磁球玩具的启发，我们设计了一个球形机器人。这个机器人能够独立活动，在面对一些巨大挑战时，它它可以与其他伙伴一起组队、连接，通过磁力相互吸附，进行共同协作。例如，一个球无法越过楼梯，而另一个球可以借助前者来克服障碍。这种连续的连接和运动方式使得自重构机器人变得非常灵活，并且可以自主控制。

　　刚才提到的连接方法，要使其自动化、自主化，机器人之间的感知十分重要。它们利用磁力进行连接，也可以利用磁力来进行感知，了解哪个机器人连接到了自身，从而进行共享的检测。另一个问题是这些球体的电能是否可以共享。两个机器人连接在一起不能形成回路，但当多个机器人连接在一起时，就可以形成回路，从而实现电源的共享。

　　在制作这些机器人的过程中，我们遇到了许多问题。例如，当机器人连接到非常光滑的表面时，虽然它可以连接上，但相对容易打滑，这对控制构成了挑战。为了解决这个问题，我们进一步把球壳的表面加工成了齿轮，使之成为球体的齿轮。这样，当两个机器人连接后，它们之间就是通过齿轮带动的关节，从而可以更加稳定地工作。

　　刚才提到了球体，大家也发现这个是封闭式的球体，对于安装一些光学的感知系统、摄像头、机关联是非常困难的，有没有更好的方法解决这个问题呢？我们发现蜗牛的壳是圆的，但是它不是滚动，它下面有足，是滑动行走。受到蜗牛的启发，我们制作了一种滑动型的机器人，它们可以自己活动，也可以组合解决各种各样的问题。它的壳是不动的，我们可以安装摄像头，只要不挡住它的路就可以。我们目前在开发一种可以在野外工作的机器人，这个机器人通过履带的方法去实现，它可以组成多足的机器人去越过障碍。刚才提到的机器人，大家发现它们可以串联在一起，形成多足的机器人，但是它不能形成一种更稳固的结构。于是我们进一步构想让它相互合作，组成一个塔的形态去进行一些支撑。

　　随后，我们又进一步思考怎么让机器人并联在一起。我们的方法是把它分割为上下两部分並重组，变成两种形态不一样的模块，机器人间就可以形成并联连接，这样就可以大大增加连接结构的穏定性。基于这个理念，我们开发出一种叫FreeSN的机器人。我们从视频看到，它的功能形态更加丰富，可以形成一个小车，把一个重物抬起来移动，甚至组成结实的结构越过一些障碍，可以组成不同的机器人进行协同搬运的工作。这个构型自主感知非常重要，我们对它进行了结构的改良，一步一步推进它的自主感知，甚至自主的智能的部分。目前来讲，我只需要给它一个命令，它就会改变它自己的形态，实现各种各样的移动和功能等。我们增加模块放进去，它整个构型就可以更新。

　　这几款机器人是迭代的过程，用了一样的连接理念，就是一个铁的球壳和磁力的连接，所以它们虽然看起来有些不一样，但是都可以互相连接的，你可以把它理解成一个异构的多机器人系统或集群，它可以根据不同的需求进行组合，每一个机器人都各有优点。

　　除了结构的设计，还有多个机器人协作过程。我们研究机器人的智能算法，包括怎么样变形是最快、最便捷的；还有它的移动方法：我们发现这些机器人除了变成四足机器人、轮式机器人移动以外，也可以流体式的运动，这样能满足一些更具挑战的地形。

　　更具体一点的，从连接的规划来讲，我们设计了一种算法，可以简化机器人连接时重复计算的部分，从而实现机器人快速地自重构，相比传统的方法大大地节省了算力。

　　这个是我刚才提到流体的运动，我们受到一些动物、植物的启发，发现通过流体式的运动可以使整个构型更稳定，就类似藤蔓一样生出攀爬物，可以很稳固地往前爬，它的重心非常低，很贴近攀爬物，这样不容易翻。传统的腿式机器人走到陡峭的地方可能爬不上去，但是通过流体就可以解决相关的问题。

　　另外，我们也研究怎样把它变成类似于机械臂的控制。这些模块化的机器人串在一起，像机械臂一样到达某一个点进行操作，我们研究这其中的运动学、动力学，以及如何控制。在这个研究中我们发现，球体连接而成的关节和传统的关节完全不一样，我们也推导出一种全新的关节模型，去解决相关的一些问题。

　　其实我们团队是围绕着多机器人协作开展研究，今天因为时间关系，我的分享以自重构机器人为主。但多个机器人之间怎么协同合作，怎么样去进行围捕、加工等任务，都是我们的研究范围。

　　如果大家对我们的研究感兴趣的话，欢迎到我们的网站浏览更多相关的信息。谢谢。

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