智能机器人的概念

一般认为智能机器人是具有感知、思维和动作的机器。

所谓感知即指发现、认识和描述外部环境和自身状态的能力。如装配机器人需要在非结构化的环境中认识障碍物并实现避障移动。这依赖于智能机器人的感觉系统，即各种各样的传感器。

所谓思维是指机器人自身具有解决问题的能力。比如，装配机器人可以根据设计要求为一部复杂机器找到零件的装配办法及顺序，指挥执行机构，即指挥动作部分完成这部机器的装配。

动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。

由此可见，智能机器人是一个复杂的软件、硬件综合体。虽然对智能机器人没有统一的定义，但通过考察具体的智能机器人，还是可以有一个感性认识。

 智能机器人的发展

机器人的智能从无到有、从低级到高级，并随着科学技术的进步而不断深入发展。随着计算机技术、网络技术、人工智能、新材料和Mems技术的发展，机器人智能化、网络化、微型化的发展趋势已凸现出来。

一、网络机器人

网络技术的发展拓宽了智能机器人的应用范围。利用网络和通信技术可以对机器人进行远程控制和操作，代替人在遥远的地方工作。利用网络机器人，外科专家可以在异地为病人实施疑难手术。2001年，身在美国纽约的外科医生雅克·马雷斯科成功地利用机器人为躺在法国东北部城市的一位女患者做了胆囊摘除手术，这是网络机器人成功应用的一个范例。在国内，北京航空航天大学、清华大学和海军总医院共同开发的遥控操作远程医用机器人系统可以在异地为病人实施开颅手术。

美国一家网络科技公司研制了一个金属骷髅机器人玩具，模仿《绝灭战士》中的机器人。用户通过串行口将骷髅机器人连接到自己的计算机上，就能通过互联网控制骷髅机器人。骷髅机器人散发红光的眼睛中隐藏着小型相机，相机能将周围的影像传送到控制者的计算机中。另外，骷髅机器人还能将用户传递的语音信号以阴森森的语音说出来。网络机器人在远程医疗、战地救护、娱乐等领域有广阔的应用前景。

二、微型机器人

日本东京工业大学的一名教授对微型和超微型机构尺寸作了一个基本的定义：1～100 mm机构尺寸为小型机构，0.01～1 mm为微型机构，10 μm以下为超微型机构。微型机器人的发展依赖于微加工工艺、微传感器、微驱动器和微结构的发展。现已研制出直径为20 μm、长150 μm的铰链连杆以及200 μm×200 μm的滑块结构和微型齿轮、曲柄、弹簧等。贝尔实验室已开发出一种直径为400 μm的齿轮。

德国卡尔斯鲁核研究中心的微型机器人研究所研究出一种X射线深刻蚀、电铸和塑料模铸组合的新型微加工方法。深刻蚀厚度为10～1 000 μm。微驱动器、微传感器都是在集成电路技术的基础上用标准的光刻和化学腐蚀技术制成的，不同的是集成电路大部分是二维刻蚀，而微型机械则完全是三维刻蚀。

随着Mems技术和生物芯片技术的发展，微型机器人不可阻挡地进入了实用阶段。国外正在开发体内自主行走式诊断治疗、定点投放药物及进行体内微细手术的外科手术机器人。医用注射器将微型机器人推入体内，机器人携带生物传感器对人体组织进行检查，并将信号反馈到信息处理中心进行分析处理。如果发生病变，医生可以指挥机器人进行实施手术、定点投放药物等操作。机器人完成工作任务后自行消失，随人体废弃物排出，对人体没有任何副作用。

美国IBM公司瑞士苏黎世实验室与瑞士巴塞尔大学的科学家正在研究利用DNA(脱氧核糖核酸)的结构特性为微型机器人提供动力的新方法。利用这一方法，科学家可能制造出不用电池的新一代微型机器人。

据美国《科学》杂志报道，研究人员发现DNA能够被用来弯曲直径不及头发丝五十分之一的硅原子构成的悬臂。他们装配的这种小悬臂一端固定，另一端可自由上下弯曲，顶端则粘有单股DNA链。DNA自然形成双螺旋结构，就像被扭曲的梯子，双链被分开后，它们会力图重新组合。当研究人员将带有单股DNA链的悬臂置于含有与之对应的单股DNA链的溶液中时，这两个链就会自动配对结合在一起，小悬臂在这种力的作用下开始弯曲。研究人员可以利用这种生物力学技术制造带有纳米级阀门的微型治癌胶囊，通过控制驱动力控制阀门的开合，将精确剂量的药物传送到身体所需部位达到治疗目的。

三、高智能机器人

美国著名的科普作家阿西莫夫曾设想机器人具有这样的数学天赋：“能像小学生背乘法口诀一样来心算三重积分，做张量分析题如同吃点心一样轻巧”。1997年，IBM公司开发的名为“深蓝”的RS/6000SP超级计算机打败了国际象棋之王——卡斯帕罗夫，显示了大型计算机的威力。“深蓝”重达1.4 t，有32个节点，每个节点有8块专门为进行国际象棋对弈设计的处理器，平均运算速度为每秒200万步。机器人需要处理和存储的信息量大，要求计算机的实时处理速度快。如果将“深蓝”这样的计算机体积缩小到相当小，就可以直接放人机器人的脑中。有了硬件支持以及人工智能的突破，更高智能的机器人一定会出现。

四、变结构机器人

智能机器人工作环境千变万化，科学家梦想着机器人能像人和动物一样运动。比如，像蛇一样爬行，像人一样用两条腿行走。日本在仿人形机器人上取得了很大的进步。但是机器人的行走速度慢，对地面的要求很高，真正达到像人一样行走的水平，道路仍然很漫长。在《西游记》中，孙悟空有72变，它可以根据环境变化变成不同的人或妖魔。变结构机器人研究的目标就是创造出新的结构，可以根据环境的变化变换结构。如机器人可以依照环境的变化将自己变成一条蛇或者一个四条腿爬行的昆虫。

智能机器人的展望

随着现代科技的发展，机器人技术已广泛应用于人类生活的各种领域，研制具有人类外观特征，可以模拟人类行走与其他基本操作功能的类人型机器人一直是人类对机器人研究的梦想之一。由于类人型机器人研究是一门综合性很强的学科，其本身包含着多项高科技成果，在很大程度上代表着一个国家的高科技发展水平，因此，一些发达国家不惜投入巨资进行研究开发。

除工业应用外，智能机器人已在军事、医疗、文娱、农业、林业、矿业等领域得到广泛应用。可以预见，智能机器人将首先在军事、医疗、文娱等领域取得突破性进展。

医疗机器人是指辅助或代替医生进行医疗诊治及护理的机器人。医疗机器人有多种类型，如医疗外科机器人、X射线介入型治疗机器人、无损伤诊断与检测微小型机器人、人工器官移植与植入机器人、康复与护理机器人等。

微型机器人是智能机器人的又一个重要方向。在《西游记》中，孙悟空经常摇身一变，变成一个虫子，钻入妖魔鬼怪的腹内。这虽然是神话，但从一个侧面反映了人类的梦想。随着微型机电系统的不断深入发展，微型机器人进入人体内实施手术、疏通血管、定点投放药物将不再是梦想。

国外正在开发体内自主行走式诊断治疗、定点投放药物、体内微细手术的外科手术机器人。医用注射器将微型机器人推人体内，机器人携带生物传感器对人体组织进行检查，并将信号反馈到信息处理中心进行分析处理。如果发生病变，医生可以指挥机器人进行实施手术、定点投放药物等操作。机器人完成工作任务后自行消失，随人体废弃物排出，对人体没有任何副作用。目前已经开发出一些样机，相信在不久的将来，这项技术将进入我们的生活，造福人类。