让机器人完成简单的日常任务有多难？

经过十余年的探索，中国科技大学自主研发了一种低成本的软体机器人手臂，能够轻松完成开门、拧瓶盖、擦玻璃等操作任务。这一研究成果由中国科技大学计算机学院教授、机器人实验室主任陈小平领导的团队发表在最新的《机器人研究国际杂志》上，展示了软体机器人手臂在日常生活中的巨大应用潜力，证明了多年来的科研成果具有实际可行性。

传统机器人多为刚性机器人，基于关节-连杆结构，在上世纪60年代开始在传统制造业中广泛应用。然而，随着智能制造、家政服务、农业作业、救援和安防等领域的需求增加，软体机器人研究成为了机器人技术竞争的新焦点。

陈小平长期从事人工智能与机器人的交叉研究和教学工作。2010年，陈小平团队将目光投向产业前景，尝试将柔性材料应用于机器人的骨骼和肌肉中。“我们一直致力于自主创新，力争为中国赢得更多的原创成果。”陈小平表示。

软体动物和蜂巢结构带来的灵感

传统工业机器人受限于负重比低、柔顺性差等问题，难以完全满足人机共存环境及人机协作的需求。例如，让刚性机器人执行开门任务并非易事，需要精确的感知、建模、规划和控制。任何环节出错都会导致失败。

2013年，陈小平团队提出了“气动蜂巢网络”结构，这是一种刚柔并济的设计，具备大变形性、高灵敏度、高负重比和低成本等优点，类似于柔软而有力的软体动物。

在该论文中，陈小平团队阐述了软体机器人手臂的本质柔顺性和连续变形特性，展示了一种全新的机器人与环境互动方式。

论文第一作者、实验室软体机器人组博士研究生姜皓介绍，软体手臂在与环境交互时，无需提前对环境进行精确建模，即使在执行任务过程中受到干扰也不会影响任务的完成。“我们制造了一种类似象鼻的软体手臂，既能灵活操作又能承载自身体重。”姜皓解释道。

“蜂巢气动网络结构结合了蜂巢和气囊的特点，当气囊充气时，蜂巢结构会发生形变，产生不同方向的弯曲或伸长运动。”软体机器人组博士研究生王展翅补充道，蜂巢气动网络结构通过六边形的折叠和伸展形成变形，具有灵活性和耐用性。

坚持原始创新，让机器人做擅长的事

陈小平至今记得，1999年，在瑞典斯德哥尔摩举行的世界人工智能联合大会上，他的论文是中国大陆唯一入选的论文。在会上，他分享了关于“人与机器人交互意图逻辑”的主题，引起了与会者的关注。这次经历让他认识到，国际一流的研究团队的论文背后往往有着深刻的应用背景。

1998年，陈小平开始组建中国科技大学机器人团队，通过参与科研性质的机器人比赛来培养和锻炼团队。2007年，团队在美国亚特兰大举办的机器人世界杯比赛中获得总分第一。

2008年，陈小平决定专注于家庭服务机器人的研究，进入自主创新阶段。最初，团队在机器人移动底盘上安装了进口机械手臂，但发现手臂太短且存在安全性、灵活性不足等问题。

团队决定自主研发手臂。他们开发了一款刚性机械臂，每个关节上配备一套电机、减速器和控制器，但重量和成本都很高，一台机器人的成本至少需要30万元。

“我们决定研发一种更加灵活、安全和轻便的柔性手臂。”陈小平回忆道，当时没有现成案例可供参考，只能从头开始。经过无数次尝试，2013年，他们终于发现气动蜂巢结构能满足所需特性。但这种结构在现实世界中并不存在，只能手工制作。最终，团队制造的手臂非常简陋，只能做一些基本的动作。

2014年，陈小平扩大了实验室软体机器人组的规模，团队成员不断改进控制算法，相继解决了手臂抖动等技术难题。

2016年，团队研发的气动蜂巢网络软体执行器能够在三维空间内操作不规则物体。2017年，陈小平在团队中增设了柔性手爪研究小组，自主研发了刚柔并济的机器人柔性手爪，能够抓握各种形状、尺寸和材质的物体，突破了刚性手爪的限制。

服务机器人技术在智能制造、医疗康复、家庭服务等领域具有巨大的研究价值和广阔的应用前景。例如，让机器人对不同形状的产品进行表面打磨；对高铁、动车、地铁车厢进行无死角喷涂；或者给卧床的老人喂饭。

在陈小平看来，团队已经掌握了软体机器人科学原理的关键技术，但技术的实际应用仍是一个挑战。“很多企业希望‘拿来即用’。但大学有自己的科研使命，应该更注重原始创新和关键技术的研发，而不是具体产品的开发。”

因此，在科研道路上，克服了原理和技术难题后，找到技术优势的应用场景，打造实用化的科技成果，是团队未来的重要任务。

希望更多年轻人投身机器人研发

这支由近40名成员组成的科研团队，除教师外，目前均为90后研究生和本科生。在人才培养方面，他们有哪些成功经验？

在陈小平团队中，教师们认为科研是一个长期探索的过程，教师设计好科研和课题方向，指导学生根据兴趣和科研需求组建团队，引导学生进行有价值的科研。陈小平也一直鼓励学生大胆提出想法，并通过实践加以验证。“即使我认为学生的观点不切实际，或者已经有了解决方案，只要时间允许，我不会直接告诉他们答案。让学生自己找到解决问题的方法，让他们在试错中成长，这样才能培养他们的创造力。”陈小平说道。

这些年来，团队中很多怀抱科研梦想的年轻人得到了快速成长。

2014年，在第18届机器人世界杯比赛中，陈小平团队自主研发的“可佳”智能服务机器人夺冠。这标志着中国在服务机器人研发领域取得了历史性突破。

在这次比赛中，正在攻读硕士学位的王宁扬负责硬件的组装、调试和维护，为团队的胜利做出了重要贡献。

王宁扬于2009年考入中国科技大学，出于对机器人的兴趣，他在大一开始就加入了学校的“RoboGame机器人活动周”比赛，这也进一步激发了他的热情，他请求加入陈小平团队的实验室。

在中国科技大学，机器人不仅是一项前沿科学研究，也是人才培养的重要手段。陈小平负责的机器人实验室自20世纪90年代就开始选拔人才，并面向本科生开设“机器人研究班”课程。课程结束后，有兴趣的学生可以申请进入实验室继续深造，很多学生很快就能够独立承担项目。

这两年，机器人实验室中出现了越来越多的00后面孔。陈小平感到十分欣慰，他认为，当更多年轻人投身机器人研发，一定会为机器人产业注入新的活力。