機器人為何還沒推開你家門？

陳小平機器人實驗室主任教授

2025年，東方衛視推出全新科技觀察節目《錨點》。該節目由上海市科學技術委員會和上海廣播電視臺聯合主辦，由兼具科學家與科普達人雙重身份的科技傳播系副主任袁嵐峰研究員主持，圍繞全球科技創新發展的重要領域及關鍵方向，以“深度解析與戰略前瞻”為核心內容特色，采用“科學家對話科學家”的形式，解碼科技變革背后的邏輯與趨勢，揭示科技領域及相關方向的發展關鍵，并以戰略視野洞察科技發展的瓶頸與未來。

推動機器人應用，亟待攻克的核心問題，我認為是“復雜接觸”。

鑒于《錨點》節目的策劃理念與《世界科學》雜志定位高度契合，《世界科學》編輯部聯合東方衛視《錨點》節目組特別開設《錨點》專欄，以精煉文字形式呈現內容。本期專欄展示了袁嵐峰與機器人實驗室主任陳小平教授的對談內容，原題為《未來十年機器人會先推開誰家的門？》。

提的人，中國室主任陳小平教授卻用幾十年的研究實踐告訴你：機器人，其實可以不需要“像人”。這位在國際機器人大賽中屢獲殊榮的研究者，當下正在探索發展柔性機器人。

一些現實問題擺在面前：為什么機器人至今沒能真正走進千家萬戶？從技術研發到落地應用，機器人領域究竟面臨哪些核心難題？又該如何突破？未來十年，哪些領域機器人可“大顯身手”？帶著這些問題，讓我們走近陳小平教授，聽他拆解機器人技術，展望機器人促進人類生活更美好的未來圖景。

據了解，您最初的研究方向是人工智能理論。請問您是如何開始機器人研究的？

我在從事機器人研究之前，專注于人工智能研究。早期的人工智能研究以理論為主，雖取得了一些成果并在國際上產生了一定影響，但到了20世紀90年代末，我認識到，若沒有實體作為載體來應用理論與技術，進而檢驗理論的實用性，人工智能研究會面臨很大困難。盡管我發表了一些獲得認可的論文，內心卻缺乏足夠的底氣。同時，由于當時與國際交流較多，對國外情況有較深了解，我發現自身研究與他人雖有相似之處，但國際一流專家和團隊有深厚的應用積累，而我并無此背景。因此，我在那時下定決心涉足機器人領域，并從1998年開始著手研究將人工智能運用到機器人當中。

您經歷了從機器人足球到智能服務機器人再到軟體機器人的研究過程，為什么是這樣一條軌跡？

1998年開始做機器人后，我們在國內比賽中表現較好。不過當時國內這方面研究剛起步，我們便前往國外與國際一流團隊直接對抗。我們參加了“機器人世界杯比賽”（RoboCup），這個大賽的水平較高，且每年難度都在不斷提高。2000年第一次參賽獲得第九名，之后連續四年進入前八強，卻沒有進一步突破。那時壓力很大，成績、論文以及實際應用方面都談不上有回報，團隊成員都覺得難以繼續，想回頭做人工智能理論研究。但我選擇堅持，我認為做機器人必然會遇到困難，需要經歷積累過程。同時，我們也進行了人員調整和反思，效果很快顯現。2005年我們拿到RoboCup亞軍，2006年獲得冠軍，2007年斬獲兩個冠軍、一個亞軍和一個第四名的好成績，在當年RoboCup大賽上總分排名第一。

我們參加RoboCup，不僅是為了比賽，更是為了在比賽中檢驗技術，并思考背后所需的理論方法。這方面研究，我們從1998年到2007年堅持了八年。之后我考慮到足球相關研究與實際應用距離較遠，便將方向轉向其他領域。當時考慮了足球、家庭服務、救援三大類。因2008年汶川地震，我意識到救援很重要，但短期內機器人難以應用于救援，所以最終決定做服務機器人。我們做了一兩年服務機器人后，發現其存在瓶頸。比如，像“可佳”這款智能服務機器人，設計初衷是用于家庭服務，但實際推進過程中發現家庭環境是非封閉的，為人提供服務就會變得復雜，安全性問題突出，且要進入千家方戶，每個家庭環境又不同，事先無法確定各種環境情況。這就是非封閉性帶來的最大困難。基于此，2010年我們開始著手研發軟體機器人。

您提到的非封閉性，具體該如何理解？

學術上對是否有非封閉性一般有兩種理解。如果一個場景中可能發生的現象，能用有限多條數學公式描述，且代入不同參數能對應不同情況，那這個場景就是封閉的；反之則是非封閉的。比如人的行為、情感變化以及自然語言現象，都難以用有限公式描述，屬于非封閉性。從變量或影響因素角度來說，如果能找到所有影響人工智能系統正常完成任務的因素，且知曉每個因素的變化及可能產生的影響，就是封閉的，否則就是非封閉的。

2014年，在第十八屆RoboCup比賽中，陳小平團隊研發的“可佳”智能服務機器人表現突出。在“餐館服務”測試中，它獲得了該項目歷史上唯一的滿分。進入決賽環節，兩臺“可佳”機器人協同合作，完成了開瓶蓋這一高難度任務，動作連貫，一氣呵成，最終獲得九十四分，創下決賽歷史最高分的成績

融差性原理”則是為了應對非封閉環境中各種無法提前預料的情況。傳統機器人處理問題時，需要高精度建模、復雜計算等，而融差性不需要知道過多細節，只需了解大概。比如抓取物體時，傳統方法要進行3D建模、選點等，若建模或計算不精確就可能失敗；而基于融差性原理的手爪，配套識別算法，看到物體大概形狀，找到一個面貼上去即可，無需高精度設備和復雜計算，大大簡化了流程。

相比剛性機器人，軟體機器人似乎更有優勢？

這與機器人的工作原理有關。剛性機器人完全按照程序規定的動作執行，在執行過程中，若環境變化對其產生影響，它會全力對抗這種影響。而軟體機器人不需要嚴格按照預設軌跡，能適應環境變化。比如軟體機器人拿筆頂著尺子畫線時，即使尺子移動，它也能繼續畫下去；但剛性機器人會堅持按原軌跡執行，甚至以破壞環境或自身為代價。操弄工具往往涉及機器人末端與工具的復雜接觸，傳統剛性機器人需要了解接觸的所有信息并建模，難度極大；而軟體機器人不需要知道所有細節，能更好地應對這種復雜接觸。

針對這個現象，您提出了“開放知識”和“融差性原理”等機器人智能技術路線。

“開放知識”是為了解決非封閉環境下機器人知識不足的問題。當機器人進入家庭等非封閉環境，遇到知識不夠的情況，就需要補充知識。開放知識需要較大算力，用于篩選與任務相關的知識并進行推理，它能彌合對人有效的知識和對機器人有效的知識之間存在的“知識鴻溝”，實現人給的指令到機器人可執行指令的轉化。

您研發的軟體機器人采用蜂巢氣動結構，為什么會起這樣的名字？

蜂巢氣動結構這個名字源于蜂巢的六邊形形狀，這些六邊形結構往往互相配合得很好。我們會在每個蜂室里放入氣囊，通過氣囊運動，控制每個蜂巢氣囊的氣壓。氣壓不同，機器人就會發生變形，核心算法就是計算往每個蜂巢送氣的量。

這種氣動結構的優勢主要體現在安全性和靈活度上，這是傳統剛性機器人所不具備的。而且它能適應環境變化，比如在執行任務時遇到擾動，仍能繼續完成任務，不會像剛性機器人那樣可能損壞自身或破壞環境。

聽起來軟體機器人應用前景很廣，但目前機器人還沒有走進千家萬戶。

根本還在于非封閉性。比如，人的行為、情感變化等難以用有限公式描述，影響機器人正常完成任務的因素眾多，且無法窮盡所有因素及它們的變化和影響。機器人一旦進入千家萬戶，將需面對不同家庭的不同環境，顯然事先無法確定所有可能出現的情況，這使得機器人在家庭中的應用面臨巨大挑戰。

如何應對這個挑戰？

從技術層面來說，研發柔性機器人是未來的重要方向。柔性機器人具有較好的安全性和靈活度，能適應非封閉環境，在處理復雜接觸等方面有優勢，這有助于解決傳統剛性機器人在非封閉環境中應用的難題。同時，運用開放知識和融差性原理等技術路線，也能在一定程度上應對非封閉性帶來的問題。從應用路徑來說，可先從相對簡單的場景入手，比如養老院、醫院等，對這些環境進行適當改造，使其在一定程度上封閉化，再讓機器人進入應用，積累經驗后逐步拓展。

未來十年，機器人會優先應用在哪些領域？

首先是新興產業，像光伏、芯片、新能源汽車等產業，本身有核心技術，融入人工智能和機器人技術后，能進一步提升發展水平。其次是傳統制造業，其體量最大，對新技術需求也大。根據工信部數據，中國制造業工業增加值 80% 由傳統制造業產生，但很多作業依賴人工，且現有工人年齡較大，年輕人不愿進入，未來五年解決其用工問題至關重要。機器人在其中有很大應用空間，比如紡織業、汽車和飛機制造中一些剛性機器人難以完成的工作。最后是家庭服務和助老助殘領域，不過該領域不確定性相比前面兩類我覺得更大一些，可先從養老院、醫院等入手，再逐步向家庭拓展。另外，智慧農業也是重要應用領域，中國已建成十億畝高標準農田，對農機進行智能化、柔性化改造后，機器人可在插秧等耕種環節發揮作用。

您十分看好柔性機器人。對于機器人，您覺得下一個亟待攻克的核心問題是什么？

的確，我認為柔性機器人將是機器人行業未來最大的增長點，因為多個行業都有需求。而推動機器人應用，亟待攻克的核心問題，我認為是“復雜接觸”。簡單接觸在工業上已處理得相對好了，但未來工業、家庭、農業等各個行業所需的新機器人，往往會涉及復雜接觸，這需要機器人技術進行新一輪創新，也是當前機器人研發需要重點突破的方向。 O

袁嵐峰

《錨點》科學對談人