傳統機器人。

我國獨立自主研發的類腦智能機器人。
以上圖片均為中國科學院自動化研究所助理研究員鐘汕林提供
制圖：沈亦伶

2022年8月17日，習近平總書記在沈陽新松機器人自動化股份有限公司考察時強調：“要時不我待推進科技自立自強，只爭朝夕突破‘卡脖子’問題，努力把關鍵核心技術和裝備制造業掌握在我們自己手里。”機器人是現代化產業體系的重要組成，其應用領域包括工業制造、智慧農業、航空航天、深海探索、醫療衛生、國防安全、教育服務等重要行業。目前，機器人與人工智能領域深度融合，成為經濟社會智能化變革的重要引擎。通過借鑒人類的機理和行為，顯著提高機器人性能，完成通用的、多樣的任務，是機器人研發的挑戰和機遇。

由行業專用走向類人通用

一般來說，機器人系統的目標是完成各類任務，具備學習能力，能夠在特定環境中進行高質量互動。目前，大多數機器人系統以模擬人的行為或局部功能為出發點，面向特定任務開展結構設計和算法開發，使其能夠代替人類完成相應操作，如分揀、焊接等。這些專用機器人系統在研發過程中，主要依靠定制化的控制程序和大量精密的傳感器，對新任務的學習能力、對未知環境的適應能力十分有限，往往只能應用于特定的、單一的任務。相比于這類機器人，人類作業的靈巧性、精密性和適應性更勝一籌。目前人類能完成的大量工作，比如電子用品的裝配等，機器人還無法真正介入。

類腦智能機器人正是從人類思考、行為的源頭出發，基于神經科學對影響人類作業、運動、感認知和決策等關鍵生物機理的研究，通過信息建模和機器人軟硬件系統，建立起新型機器人系統。這種全新的機器人系統在外形、控制和智能等方面都與以往不同，可實現以往無法完成的多類新任務，引領機器人領域的變革。

和普通機器人相比，類腦智能機器人可以通過引入人的生物結構、驅動方式、控制方式和智能決策等機理，減少機器人與人類的差距，在靈巧作業、敏捷運動和泛化學習等能力上接近于人類。由于類腦智能機器人從生物機理研究和模擬出發，更容易與人自然交互，實現深層理解，幫助神經科學家取得更多神經科學研究成果。再加上類腦智能機器人采用類人機理和模型，擁有更好的可解釋性和可靠性，既能保證與環境的自然交互，又能大幅減少計算和控制的能耗——人類大腦的功耗僅在20瓦左右，與現有人工智能算法的訓練能耗相比幾乎可以忽略不計。

多學科交叉融合成果初現

類腦智能機器人研發前景廣闊，也仍面臨諸多挑戰。首先，類腦智能機器人的研究涉及神經科學、信息科學、材料科學和機械學等多學科知識，需要整合多種前沿科學成果并進行深度融合。其次，人類對自身的認識還遠遠不足。當前，人類大腦的開發還不足5%，神經元連接多樣且富有變化，很難精確建模。其三，類腦智能機器人的機械結構和算法架構與現有的機器人系統有本質的不同，實現智能認知、決策和靈巧操作并非易事。如何從人類海量神經機制和復雜多樣的行為模式中，找到對提升機器人認知、決策、控制以及人機協作等性能有幫助的關鍵機制；怎樣跨越生物與信息的鴻溝，將神經機制進行信息化表達，形成可計算、可實現的軟硬件系統，還需要很多艱辛的工作。

目前，類腦智能機器人在各方努力下已實現一系列技術突破并取得相應成果。在感認知方面，基于人類大腦視覺皮層實現語義提取、概念形成和主動聯想等機理，建立神經計算模型和信息處理算法，提升了機器人在復雜場景下的認知可靠性。在決策方面，研究通過模擬杏仁核—前額葉和海馬體之間的神經機理和功能，實現機器人“精度—能效—速度”均衡的多樣化決策能力。在控制方面，通過模擬運動控制的神經機理，提升機器人的作業精度和多任務學習能力。在系統本體方面，類腦智能機器人研究通過對肌肉骨骼系統的模擬，構建具有類人運動系統特性的新型機器人軟硬件系統，實現機器人在有限傳感精度下的靈巧、柔順和高精度作業。目前，類腦智能機器人相關技術已在實際場景中獲得初步應用，例如高精密傳感器關鍵零部件的柔性裝配、腹部超聲檢查的設備操控、戶外開放場景中的低功耗自動駕駛等。

未來，類腦智能機器人研究將在機器人通用性、智能性方面帶來變革，特別是對完成精密性、柔順性和與人互動性要求較高的任務具有重要意義。在市場份額巨大的電子器件裝配中，類腦智能機器人系統更容易模擬人實現靈巧的高性能作業；在醫療服務行業，類腦智能機器人更容易“共情”，進行個性化接觸和深度交流。

當前，我國在類腦智能機器人領域已經取得初步成果，科學家對人的不同腦區、器官、肌肉的神經機制進行了系統化深入研究。經過持續不斷的創新與嘗試，我國已自主研制了系統性模擬人體感認知、決策、控制機理的類腦智能機器人系統，通過類腦芯片實現控制的機器人系統等，在國際同一領域占有重要地位。

將深刻改變社會生產生活

據統計，2022年，人工智能核心產業規模達到5080億元，同比增長18%；我國工業機器人的年安裝量在過去10年增長了11倍，穩居全球第一大工業機器人市場。類腦智能機器人的發展將深刻改變人們的生產生活，我們應主動謀劃，提前布局，讓技術發展和安全保障雙線并行。

從技術發展角度來看，類腦智能機器人屬于跨學科深度交叉融合領域，需要持續支持保障。機器人全鏈條發展過程中，要充分利用我國人工智能和機器人應用范圍廣、社會認可度高、人才儲備雄厚等特點，打造科學與技術融合的類腦智能機器人人才隊伍，保障我國機器人領域的前瞻性和落地性，實現技術引領超越。

從技術安全性角度來看，類腦智能機器人通過融入人的內部機理，進一步縮小了與人的差距，能夠更自然地與人交互，更容易與人工智能大模型結合。我們要針對人機交互安全、用戶數據安全等問題，在算法設計、實現、應用等環節的透明性、可解釋性和可靠性方面，在數據收集、存儲、使用等環節的安全性方面，加強審核評估，形成類腦智能機器人技術的安全閥。

通過多學科深度交叉，類腦智能機器人逐漸顯示其突破現有技術瓶頸的巨大潛力，發展前景廣闊。我國科研工作者在這條科研道路上持續開拓創新，取得豐碩成果，未來也將更進一步，力爭形成技術引領，為國家重大需求服務，為人類福祉做出貢獻。

（作者為中國科學院院士、中國科學院自動化研究所研究員）

推薦讀物

《類腦智能機器人》：喬紅等著；上海科學技術文獻出版社出版。

《大腦的未來：神經科學的愿景與隱憂》：S.羅斯著；尚春峰、許多譯；蒲慕明校；科學出版社出版。

《類腦計算》：危輝著；科學出版社出版。

《 人民日報 》（ 2023年08月25日 20 版）