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當(dāng)算法智能和結(jié)構(gòu)智能相結(jié)合，AI機(jī)器人會(huì)是什麼樣子？當(dāng)機(jī)器人身處不同環(huán)境，能否變身，自主解決問(wèn)題？

日前，南科大一則科研成果視頻引發(fā)關(guān)注。視頻中，一款新型類生物變胞機(jī)器人，在無(wú)需拆卸和重裝的情況下可實(shí)現(xiàn)爬行動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物和哺乳動(dòng)物等不同生物形式間轉(zhuǎn)換。它時(shí)而縮成一團(tuán)，時(shí)而呈小狗狀、蜘蛛狀，能鑽進(jìn)狹窄通道，也能攀爬階梯等障礙。有網(wǎng)友表示：「這是新一代變形金剛。」「『看我七十二變』被南科大實(shí)現(xiàn)了。」

近日，記者來(lái)到南科大機(jī)器人研究院，向英國(guó)皇家工程院院士、歐洲科學(xué)院院士、南科大機(jī)械與能源工程系講席教授、機(jī)器人研究院院長(zhǎng)戴建生了解「變形金剛」誕生記。

變胞開(kāi)創(chuàng)新領(lǐng)域，獲國(guó)際機(jī)械設(shè)計(jì)最高獎(jiǎng)

變胞機(jī)器人由基於變胞理論創(chuàng)成的多種機(jī)構(gòu)構(gòu)型組成。變胞機(jī)構(gòu)是指能在瞬時(shí)使某些構(gòu)件發(fā)生合併、分離，或出現(xiàn)幾何奇異，並使機(jī)構(gòu)有效構(gòu)件數(shù)或自由度數(shù)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生新構(gòu)型的機(jī)構(gòu)。就是人們口中常提到的「可塑性」。

在生態(tài)環(huán)境惡化加劇和自然資源日益緊缺的情況下，各類機(jī)器人與機(jī)械設(shè)備對(duì)機(jī)構(gòu)可重構(gòu)能力與變結(jié)構(gòu)特性的要求不斷提高。這就需要對(duì)機(jī)器人骨架的機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使其形態(tài)能夠隨意切換，具備執(zhí)行多種任務(wù)的能力，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能，達(dá)到減少環(huán)境污染、能源消耗的效果。

據(jù)戴建生介紹，1998年，他從生物學(xué)原理提出「Metamorphic Mechanisms」，1999年與中國(guó)工程院院士張啟先共同確認(rèn)其中文翻譯為「變胞機(jī)構(gòu)」。2000年，戴建生又發(fā)表了關(guān)於變胞機(jī)構(gòu)構(gòu)態(tài)模型的文章，由此掀起了國(guó)內(nèi)外對(duì)變胞機(jī)構(gòu)和各種新機(jī)構(gòu)研究的熱潮。2006年他提出可重構(gòu)機(jī)構(gòu)，在全球首屆IEEE國(guó)際可重構(gòu)機(jī)構(gòu)與可重構(gòu)機(jī)器人大會(huì)上，開(kāi)創(chuàng)了可重構(gòu)機(jī)構(gòu)新領(lǐng)域。2020年，戴建生獲得了國(guó)際機(jī)械設(shè)計(jì)最高獎(jiǎng)：ASME機(jī)械設(shè)計(jì)最高獎(jiǎng)，成為1958年以來(lái)該獎(jiǎng)項(xiàng)的首位華人獲獎(jiǎng)?wù)撸员碚闷錇榻⒖芍貥?gòu)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域和變胞機(jī)構(gòu)子領(lǐng)域作出的奠基性貢獻(xiàn)。

如今，變胞機(jī)構(gòu)與可重構(gòu)機(jī)構(gòu)已成為國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

突發(fā)奇想產(chǎn)靈感，學(xué)科交叉促融合

開(kāi)啟變胞機(jī)構(gòu)的研究，源於一個(gè)香水盒。1996年，戴建生在研究香水包裝盒摺疊形狀時(shí)，突發(fā)靈感，在生物演變?cè)砘A(chǔ)上，提出了變拓?fù)浜妥兓顒?dòng)度的變胞機(jī)構(gòu)。

「香水包裝花樣紙盒的造型能吸引不少消費(fèi)者，但傳統(tǒng)生產(chǎn)線做不到外包裝的靈活裝配，只能打包成四四方方的紙盒。為提高生產(chǎn)效率，企業(yè)找到我，希望設(shè)計(jì)一款機(jī)器人——『靈巧手』，安裝在生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)香水花樣紙盒不同造型的自動(dòng)包裝。」戴建生回憶到。「那時(shí)候，我辦公桌上堆滿了各種各樣的紙盒，每天我都打開(kāi)再折，折了再打開(kāi)。時(shí)間久了，我就想：為何不能用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述這些『花樣紙盒』的軌跡？由於紙盒沒(méi)有數(shù)學(xué)模型，我就提出映射方法，把紙盒映射為一個(gè)機(jī)構(gòu)，摺痕變成鉸鏈，紙板變成連桿。就這樣，鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)出爐了。再之後，我給出了點(diǎn)線圖和拓?fù)鋱D，提出了各種矩陣變換以舉證描述這一機(jī)構(gòu)。」戴建生說(shuō)。

在戴建生的電腦上，記者看到了當(dāng)年包裝盒如山的辦公桌和靈巧手的雛形。用他的話說(shuō)：「變胞機(jī)構(gòu)來(lái)自藝術(shù)啟迪，生物學(xué)貫通，數(shù)學(xué)主導(dǎo)和實(shí)踐融合。這裡面既有設(shè)計(jì)學(xué)，生命科學(xué)和材料科學(xué)，也有數(shù)學(xué)和機(jī)器人學(xué)，不同學(xué)科相互交叉，激發(fā)了改變?nèi)祟愡M(jìn)步的動(dòng)力。」

在南科大機(jī)器人研究院，記者還看到了變胞類人靈巧手、變胞足式機(jī)器人、仿生跨域六足機(jī)器人等各種發(fā)明。「1992年提出智能結(jié)構(gòu)進(jìn)化機(jī)器人以來(lái)，研究焦點(diǎn)始終停留在進(jìn)化算法上，我們打算開(kāi)闢一條新路，即在結(jié)構(gòu)進(jìn)化上下功夫，讓機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上更接近自然界萬(wàn)物進(jìn)化過(guò)程中所呈現(xiàn)的形態(tài)。」戴建生表示，「人工智能如何與機(jī)器人更好地結(jié)合？這離不開(kāi)算法智能和結(jié)構(gòu)智能的雙向奔赴，如果兩者都兼顧，那麼就完全實(shí)現(xiàn)了人工智能在物理世界的應(yīng)用，機(jī)器人研究也將上個(gè)新臺(tái)階。」

目光鎖定大灣區(qū)，鑽研合作創(chuàng)共贏

機(jī)器人領(lǐng)域的研究，戴建生做了34年，其中在變胞機(jī)構(gòu)與可重構(gòu)領(lǐng)域的鑽研就有二十餘年。如今，他將目光鎖定在粵港澳大灣區(qū)。

南科大機(jī)器人研究院成立於2017年10月，依托廣東省人體增強(qiáng)與康復(fù)機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市智能機(jī)器人與柔性製造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)、深圳市仿生機(jī)器人與智能系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，利用高精尖技術(shù)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，重視科技應(yīng)用與成果轉(zhuǎn)化，積極與國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)聯(lián)合搭建機(jī)器人研究與教育平臺(tái)，探索機(jī)器人教育與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度融合的新模式。目前，研究院有4名院士，41位教師涵蓋5個(gè)學(xué)院和11個(gè)系，擁有麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國(guó)倫敦國(guó)王學(xué)院、瑞士聯(lián)邦理工、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等國(guó)內(nèi)外名校學(xué)習(xí)和工作經(jīng)驗(yàn)；研究院現(xiàn)已建立3個(gè)省市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，22個(gè)校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，包括中建科技、大族激光、大寰機(jī)器人、優(yōu)必選、大疆創(chuàng)新、華大基金等。

戴建生告訴記者，他的團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)變胞類人手和變胞多足機(jī)器人，其外形從節(jié)肢動(dòng)物到爬行動(dòng)物再到哺乳動(dòng)物自由切換，有時(shí)可微小至毫米級(jí)，今年年底或明年有望推出。同時(shí)，不同造型和新產(chǎn)品也正逐步誕生。（深圳特區(qū)報(bào)首席記者 焦子宇）

頂圖：變胞機(jī)器人變成小狗的形狀。( 深圳報(bào)業(yè)集團(tuán)記者 張郗郡攝)