智能機器人在各領域應用及未來展望

郭錦鴻

智能機器人是人類智慧的結晶，它在一定程度上使人們從繁忙的工作中解脫出來。本文從軍事，工業，醫療，教育四個領域介紹了智能機器人的實際應用，并對我國智能機器人的未來發展進行展望。

1.前言

隨著人類科技的進步，人工智能技術逐漸成熟，信息技術越來越多地與傳統機械相結合，自此智能機器人誕生。智能機器人使人們更多地從繁重的工作中解脫出來，甚至可以幫助人們完成許多以前無法完成的事情。因此，智能機器人受到了人們的廣泛關注。同時，智能機器人是多種科學技術結合而成的產物，它是衡量一個國家科技水平的重要標志，所以研究與開發智能機器人對我國發展具有重大而深遠的現實意義。本文比較了智能機器人與前兩代機器人的不同，并介紹了智能機器人在各領域的應用，最后對我國智能機器人的未來發展進行展望。

2.三代機器人的比較

本文主要討論的第三代機器人，但是除此之外，在機器人發展歷史上還有第一代機器人以及第二代機器人。最早的第一代機器人全稱可編程再現型機器人，這種機器人在外界環境變化時不能做出自主調整，只能按照給定的程序進行機械性重復工作；第二代機器人是具有一定感知與自適應能力的離線編程機器人，區別于第一代機器人，它可以根據外界的變化在一定范圍內自行調整程序。雖然第二代機器人還沒有成熟的自動規則能力，但是已經開始向智能化方向發展并能夠滿足實用需要。

第三代機器人——智能機器人為本文主要討論探究的機器人。智能機器人屬于人工智能時代的產物，它具有感覺、識別、推理以及判斷能力。首先，智能機器人能夠通過各種傳感器實時識別與測量周圍的物體，此為感覺和識別能力；同時，它也可以根據環境的變化來調節自身的參數以及動作策略，也就是通過對識別到的信息進行分析，推理和判斷決策；此外，智能機器人還可以處理一些緊急情況。

3.智能機器人在各領域的應用

接下來就從軍事、工業、醫療、教育幾個方面做具體介紹。

3.1 智能機器人在軍事方面的應用

在現代戰爭中，如何將士兵的傷亡率降到最低是各國都在熱議的話題。所以未來軍事發展的必然趨勢就是利用智能機器人代替士兵作戰。就目前而言，軍事智能機器人能夠完成搜索、監視、排爆、破障、攻擊目標、運送物資、救助傷員等一系列作戰任務，它們相比人類士兵更加精密、輕便、靈巧、抗毀、抗摔、抗打、能力更強。其中，無人機是軍事智能機器人的典型代表，它已經成為常規軍事武器，在軍事上有著舉足輕重的地位。

無人機在戰場上主要起著對地打擊、偵察監視敵方軍情、干擾信號通信、戰場通信等重大作用。最新型的無人機執行任務時，除開武器系統等重大抉擇外，大多數情況下都不需要人為控制，這也正是其智能所在。在無人機上沒有飛行員控制的駕駛艙，但安裝有自動駕駛系統，用來實現無人自動駕駛，甚至能夠自主控制飛行。自動控制原理的一個出發點是閉環反饋控制，就是在施加輸入調節后，測量控制量的變化情況并反饋調節至輸入處，直至控制量達到目標值為止。例如，為無人機設定一條航跡之后，在飛行過程中，無人機上搭載的高精度傳感器等設備會實時測量飛行位置是否有偏離航跡，如果無人機有偏離就進行相應的偏航校正，最終使飛機始終在正確的航線上。同時，無人機還能夠通過光學攝像機，超聲波雷達等設備探測識別無人機運動軌跡上的障礙物，在發現障礙物之后能進行自動規避。

目前，包括中國在內的多個國家已先后推出自主研發的智能機器人戰士，相信未來的戰場上將出現更多智能軍事機器人的身影。

3.2 智能機器人在工業方面的應用

隨著工業4.0時代的到來，工業機器人與人工智能相結合，智能機器人在工業領域的應用越來越普及，一場新的工業革命正在拉開序幕。正如前文提到的，機械性的重復工作對于機器人而言并不是一件難事，第一代機器人就足以勝任。但是面對工業中雜亂無序的環境時，機器人便不能依靠設定好的程序正常工作，此時，智能機器人能對周邊的環境進行分析，并根據當時環境做出了較好的決策，從而更好地適應復雜的工廠環境。

AGV物流小車是智能機器人在智能工業中的典型代表且應用得非常廣泛。AGV物流小車是指能夠根據工廠的實際情況生成通往目的地的最佳路徑，并沿著最佳路徑行駛的智能搬運車。AGV物流小車的自動導航是通過特殊地標來實現的，通常裝備有光學或電磁等導引裝置，根據地標自動生成最佳路線并將貨物運輸至指定地點，導航方式為多為磁條引導、激光引導、慣性導航以及磁釘導航。在AGV物流小車工作的車間中，一般是在地上布置多個磁釘，AGV在行駛的過程中實時采集磁釘的物理位置信息并傳給電腦，經過軟件精確計算AGV的位置并產生最佳路線，防止行駛AGV行駛過程中發生碰撞與刮擦。

AGV物流小車適用于運輸頻繁、物料供應周期長的體系中，廣泛應于用物流分配車間物品的搬運，現在阿里巴巴和京東旗下都有比較成熟的應用。

3.3 智能機器人與醫療的結合

醫療作為民生福祉的重要一關，讓智能機器人與醫療相結合尤為重要，其發展也備受關注。作為在醫療領域應用的深化，智能機器人能有效地幫助醫生進行一系列醫療方面的診斷或進行輔助治療。以康復機器人為例，術后康復是一個漫長而痛苦的過程，最新研制的醫用外骨骼就可以用于術后恢復過程，以減輕患者的痛苦，加快康復進程，這也將有助于醫療工作者開展康復效果評估、方案制定等工作。它還能夠幫助殘疾人重新獲得站起來，使身患殘疾的人們重獲新生。

外骨骼機器人是一種特殊的可穿戴的機電一體化裝置，它通過非剛性連接套裝，固定在人體外部，并利用高功率密度的驅動裝置驅動外骨骼的變形，從而輔助人類肢體運動，是一種柔性、智能驅動系統。外骨骼通過綁帶或其他方式固連在人身上，與人的四肢完美貼合，在使用過程中，它通過裝置在關節處的加速度傳感器與角加速度傳感器等傳感器來采集人體運動趨勢、力量等運動信息。實時處理這些信息，并快速做出調整，使得外骨骼機器人的形態與穿戴者的運動同步，更好地幫助有困難的人站立與行走，并根據實際環境變化調整行走過程中的步態，實現穿戴者控制外骨骼機器人完成自然、平滑的步態和運動。

3.4 智能機器人在教育領域的應用

教育也同樣是百姓非常關心的問題，近年來，中國教育質量不斷提升，素質教育在中國的呼聲越來越高，傳統的填鴨式教育模式正被學生與老師摒棄，包含創新、合作共享等重要科學素養的教育形式正逐漸被廣大學校和家長重視。然而在這種變革下，結合了人工智能科技的智能教育機器人應運而生。現在市場上出現了很多品牌的智能教育機器人，目的是利用人工智能為每個學生創建良好學習體驗，充當家庭老師的角色，實現智能教育、成長陪護、開發益智、作業輔導、離線授課等多種功能。

智能教育機器人擁有自主判斷、智能識別、優化決策等功能，能夠根據不同學生的不同情況制定出不同的學習計劃。同時，智能教育機器人自身擁有一定的學習能力，能夠通過不斷更新學生的學習情況，記錄學生的學習情況，進而不斷跟進學生的學習進程并能結合上述數據，分析學生學習中遇到的困難與瓶頸。最終不斷調整智能機器人教學的方式與策略，從而達到智能教導學生的目的。

此外，智能教育機器人還擁有人臉辨識、語音辨識等功能來認人。通過這些功能就能夠像在真實課堂上一樣認出不同學生并叫出他們的名字，這種方式模擬真人上課，往往能夠使學生對智能機器人產生好感和信任。更有甚者，某些學校的課堂機器人已經能夠識別學生上課時的微表情，進行行為分析，從而判讀學生是否瞌睡，走神，并加以提醒。

4.未來展望

時代在更替，科技在不斷進步，機器人與智能化結合發展更能符合當今世界的發展潮流，所以智能機器人具備極大的發展前景。智能機器人的發展程度在一定程度上能直接表現一個國家的科學技術水平的高低，因此受到世界各國的高度關注。相對外國的機器人產業而言，盡管我國在智能機器人領域投入了大量人力物力，也取得了許多矚目的科研成果，但現階段在該領域的研究仍不夠深入，還未能追趕上其他國家的腳步。因此我國應該積極采取符合我國自身的發展對策，縮小與世界領先國家在這方面的水平差距。相信經過政府的重視和投入，科技工作者不斷的研究學習之后，能夠對該領域的認識達到一個到新的高度。