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中科院自动化所,中科院自动化研究所

发布时间:2019-10-08 05:52编辑:生命科学浏览(93)

    中科院自动化所:给机器人一颗“智慧大脑”

    中科院自动化研究所“率先”加速机器人产业化

    随着智能化水平的不断提高,机器人正在不断向人类接近,能通过各种“感官”甚至“思维”来应对这个世界。然而,就像人类的自主行为需要依托高度智慧的大脑一样,机器人的智能化、类人化同样需要一颗“智慧大脑”。

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    在中科院自动化所,为机器人配备“智慧大脑”的研究工作已开展多年。让机器人像人类一样思考,一直是科幻文学作品的热门题材。而中科院自动化所的科研人员,正努力把这个想象中的图景变为现实。

    ①刘云山等中央领导参观全国科普日自动化所展项。

    挑战“类人智能”

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    多年来,面向智能制造,面向新兴产业,中科院自动化所在智能机器人与智能装备的研发及产业化方面取得长足的发展。目前,该所正继续深化类人脑工程规划,探索智能机器人的高度智能化、类人化,力争促进我国机器人产业取得跨越发展。

    ②自动化所与河南省科技厅、洛阳市政府共建机器人与智能装备创新研究院。

    在类人脑工程总体部脑神经计算实验室,记者看到一个机器人正进行数列识别与推理。在写有1、4、7,2、5、?,3、6、9的矩阵中,机器人经一番“思考”,准确判断出“?”处应有的数字为8。

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    中科院自动化所类人脑工程总体部副研究员曾毅向《中国科学报》记者介绍说,与传统人工智能系统不同的是,这个机器人拥有的大脑是一个多脑区协同的“类人大脑”,采用的推理模式在处理机制上也更接近人脑。

    ③自动化所研制的“美女机器人”。

    “智能是机器人研发的战略制高点。”曾毅表示,简单地说,人工智能就是让机器人会看、会听、会说、能学、能想、能动。如何将这些多通道信息处理的能力交互式协同起来,对机器人研究来说仍是一个尚未解决的科学难题。

    中科院自动化研究所所长王东琳表示,作为以智能立所的自动化所,未来将围绕自动化所的战略定位和发展方向,建立健全适应新形势、新要求的新体制、新机制,为实现研究所的跨越发展作出贡献。

    为此,曾毅和同事构想能否开发一种大脑模拟器,以此启发未来人工智能机器人的发展。如今,他们已建立小猫部分视皮层的方向选择神经网络模拟系统、小鼠的记忆模拟系统,其中包括对不同脑区、不同类型神经元形态和工作模式的建模与模拟。未来,他们还将逐步构建与人类大脑相似的机器大脑。

    ■本报记者 彭科峰

    “机器人未来的发展在很大程度上取决于我们在多尺度上认识人类大脑、模拟人类大脑。”曾毅表示,“如果我们想引领人工智能的发展,在国际上占据学术和产业制高点,就应发展类人脑智能技术,为应对机器人革命奠定坚实基础。”

    组织实施好“率先行动”计划是当前和今后一个时期中科院全院上下的中心任务。习近平总书记等中央领导同志对于“率先行动”计划的重要批示,充分体现了党中央对中科院的亲切关怀、高度信任和殷切期望。对此,中科院自动化研究所所长王东琳近日在接受《中国科学报》记者采访时表示,作为以智能立所的自动化所,未来将围绕自动化所的战略定位和发展方向,建立健全适应新形势、新要求的新体制、新机制,为实现研究所的跨越发展作出贡献。

    引领新兴产业

    “实施‘率先行动’,关键是要形成独具特色的研究方向和优势,拥有别人无法取代的技术。”王东琳说,“当前如火如荼的脑计划和类脑智能研究为自动化所提供了前所未有的发展机遇,我所目前正在继续深化类人脑工程规划,探索智能机器人的高度智能化、类人化,为研究所未来发展凝聚力量。”

    手术导航机器人、智能医疗机器人、仿真机器鱼、乒乓球机器人、助老机器人……日前,《中国科学报》记者在中科院自动化所见识了该所研发的“机器人十三钗”。

    智能机器人的研发成为自动化所“一三五”规划和“率先行动”计划中的重要一环。

    在刚刚启动实施的中科院“率先行动”计划中,中科院自动化所将围绕国家重大需求开展智能机器人研发。据中科院自动化所重大项目处处长郝银星介绍,自动化所研发的智能机器人已应用在工业、健康和服务等新兴产业中,正发挥着引领作用。

    作为国内智能机器人研究的一流科研机构,中科院自动化所多年来在智能机器人感知与控制领域深入开展基础理论研究,并进行了高技术开发。“从理论研究到关键技术突破,自动化所正走在大力推进智能机器人产业的道路上。”中科院自动化所副所长杨一平告诉《中国科学报》记者。

    例如,该所近年来成功研发出“大型装备机器人自动喷涂系统”。这是一种可在很短时间内完成大型装备上喷涂给定图案的机器人系统,是机器人自动编程技术的一种成功应用,也是国内第一套同类系统。

    中科院自动化所成立于1956年10月,是我国最早成立的国立自动化研究机构。建所初期,自动化所开拓了我国的控制科学,为“两弹一星”作出了历史性的贡献。上世纪70年代以来,自动化所又开创了我国模式识别智能信息处理的新领域。

    在多款焊接机器人系统的研制中,研究人员则获得无标定视觉控制、宏/微运动控制、焊缝状态实时视觉检测、初始点的自动定位、焊缝实时纠偏等关键技术的突破。目前,薄板自动焊接机器人已在集装箱制造行业销售30余套。

    “依托复杂系统管理与控制国家重点实验室和模式识别国家重点实验室,在智能机器人系统领域的科学前沿问题上,我们有着深厚的积淀。我们逐步培养、发展并形成了一支经验丰富、优势互补、配合默契、成就斐然的研究队伍。从目前整个自动化所的研究内容来看,全所的工作都和智能机器人有关。”杨一平说。

    同时,由自动化所成功研制的国内首台乳腺癌早期临床检测设备——光学分子影像手术导航机器人,在中国人民解放军总医院等国内多家医院开展临床应用,并已成功诊治百余例乳腺癌患者,实现了光学分子影像技术在临床应用中的重大突破。

    目前,自动化所正在按照“率先行动”计划的要求,凝练科技方向,创新体制机制。自动化所规划了两个核心方向,一是类人脑工程研究,模拟人脑的神经元系统,这是围绕机器人的自主认知能力而展开的。“人脑是一个很复杂的系统。人的视觉系统接收到外界的信号后,怎么传达到大脑,大脑再作出相应的反应,这个过程非常奇妙。如果我们能够对这一过程有足够的认知,就可以将之应用在机器人的控制系统上,提高其人工智能的水平。”杨一平说。

    助老智能机器人则是自动化所在服务领域开展智能机器人研究的成果之一。该类机器人不仅能依赖视觉、超声、陀螺仪等多种传感器自主运动、回避障碍,还能解决室内定位问题,了解自己在哪里、去哪里,完成路径规划任务。

    另外一个大方向,则是智能机器人技术的产业化。未来,自动化所的机器人研究将更加聚焦“智能化”,将人脑模拟系统、类脑计算与具有类人动作的机器人平台深度无缝融合,使智能机器人在认知能力、信息处理能力、推理决策能力、肢体动作等诸多方面突破性地接近真实人类,为人类提供更好的服务。

    占领下一代技术高点

    近年来,对于中国科技界以及中国机器人的研究,常有人认为发展速度过慢,和世界发达国家相比差距较大。对此,杨一平认为,科学研究需要积累,科技创新更需要过程。实际上,自改革开放以来,中国的科技水平是在不断提高的,其发展速度也很快。“应该说,目前中国科技界是在一步步往前走,已经具备了从跟踪到赶超的基础。”

    中科院自动化所成立于1956年10月,是我国最早成立的国立自动化研究机构。建所初期,自动化所开拓了我国的控制科学,为“两弹一星”作出了历史性贡献。上世纪70年代以来,自动化所又开创了我国模式识别智能信息处理的新领域。

    他举例说,近年来,自动化所的多名研究员被获邀担任国际期刊的主编,如刘德荣担任《IEEE(电气和电子工程师协会)神经网络汇刊》主编,王飞跃担任《IEEE智能系统》主编,这充分说明了中国科学家在国际上的引领地位。

    依托复杂系统管理与控制国家重点实验室和模式识别国家重点实验室,中科院自动化所在泛在和精密感知的海量信息智能处理与复杂系统智能控制等领域深入开展基础理论研究。该所科技处处长杨鑫介绍说,多年来科研人员重点突破了精密测量与协同感知、复杂系统精密建模与控制等方面的新理论、新方法,全面提升了在极端条件和苛刻性能约束下的精密感知与有效控制能力。

    “还有谭铁牛院士,2013年,他担任了国际模式识别学会第一副主席,最近又当选了英国皇家工程院外籍院士,英国皇家工程院评价谭铁牛的工作,称其为模式识别领域的国际顶尖学者。”杨一平认为,以机器人的理论研究而言,中国科学家的科研水平并不比国外差,甚至在某些领域还有一定优势。

    中科院自动化所所长王东琳在接受采访时表示:“在‘率先行动’计划的实施过程中,研究所将深化体制机制改革,大力推进技术与经济的结合,有效支撑创新驱动发展战略,力争早日实现我国智能机器人领域的跨越发展,占领下一代自动化技术的制高点。”

    “以两个国家重点实验室为主体,我们所下面还有很多工程技术中心,和企业进行合作,负责机器人技术的转化。比如,我们的下肢康复机器人,使用一体化的肌电信号采集和电刺激装置,已经完成了30余例患者康复训练临床测试,有望推向市场。”杨一平说。

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    尽管中科院自动化所在机器人的本体技术方面有很多原创性成果,但杨一平也认为,将机器人的理论方法与实际应用相结合,发展壮大机器人产业,也需要一个过程,两者并非“无缝对接”。

    “应该说,前面的基础研究是必要的。如果没有原始创新,一味强调应用,做出来的机器人产品可能就是低层次的。当然,在‘十二五’、‘十三五’规划中以及‘率先行动’计划中,智能机器人及其产业化都是我所的重点工作。”杨一平说。

    “应该说,尽管智能机器人在中国发展前景看好,但就目前而言,尚未形成真正的、有自主知识产权的机器人产业。”杨一平表示,未来中科院自动化所的工作重点之一,就是加强智能机器人的产业化进程,让机器人研究为国计民生发挥更大作用。

    围绕这一目标,自动化所正在加紧布局。2014年6月,与天津市东丽区政府签署共建天津先进技术研究院。该研究院主要由“一院、一企、一园、一寓”组成,即天津先进技术研究院、天津中科先进技术有限公司、天津先进技术产业园和人才公寓。杨一平介绍,天津先进技术研究院将力图引领信息化与自动化作为战略方向,开展国际前沿的智能化理论、方法和技术研究,瞄准国家重大任务和国计民生重大需求开展创新性解决方案和产品研发。

    9月,自动化所机器人与智能装备创新研究院项目签约仪式在洛阳举行。按照规划,该研究院将下辖创新研究院、洛阳中科智能装备有限公司、机器人与智能装备产业园、精密感知与先进控制仿真实验平台。

    “这个研究院主要致力于推动智能装备产业发展、推动传统装备制造业转型升级。”杨一平说,天津和洛阳的产业研究院各有侧重,“希望将来在推动机器人产业方面发挥更重大的作用。”

    建立产业研究院,对于中科院自动化所的人才培养也有一定的促进作用。研究所每年有上百名博士生毕业,这些都是宝贵的青年人才。但由于北京本部的吸纳力有限,一些优秀人才无法留在所里工作。在天津、洛阳布局后,王东琳希望,未来能够让这些年轻人才去产业研究院工作,达到通过产业研究院来扩充科研队伍的目的,“现在的年轻博士生,科研能力很强,但是和产业结合得不够,让他们去基层锻炼,对他们也是一种提高”。

    根据规划,中科院自动化所建立的这两个产业研究院,其获得的经费都将用于本地的科研和产品开发。“所里派过去的科研人员,我们都要求在当地沉下去,争取真正带动当地相关产业的发展。”杨一平说。

    “在‘率先行动’的实施过程中,深化体制机制改革,大力推进技术与经济的结合,有效支撑创新驱动发展战略。这些都是未来研究所的工作重点。”王东琳最后强调。

    《中国科学报》 (2014-10-20 第5版 创新周刊)

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