隨（suí）著（zhe）全球機器人產業的飛（fēi）速增長，機器人技術在保障國家安全（quán）、推動國民經濟轉（zhuǎn）型、改善人民生活水（shuǐ）平，以及引領科學技（jì）術發展等方麵發揮著越來越重要的作用。製造模式、生活方式、軍事作戰形態的顛（diān）覆性變化，推動機器人技術迅猛發展（zhǎn），使之成（chéng）為一種麵向未來的戰（zhàn）略性技術，已成為未來國與國之間競爭的焦（jiāo）點。2014年6月9日，在中國科學院第十（shí）七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會上，習近平主席強調（diào）：“機器人革命”有望成為“第三次工業革命”的（de）一個切入點和重要增長點（diǎn），將影響全球製造業（yè）格局（jú）。2015年11月（yuè）23日，世（shì）界機器人大會在北京召開，李源潮副主席參加了開幕式並致辭。這（zhè）一係列舉措，掀起了機器人研究與開發的熱潮。 
從未來（lái）10年乃至20年的發（fā）展角度看，機器人將越來越深入地融（róng）入社會，在更加動態和不確定的環境（jìng）下，完成複雜和精細（xì）的操作任務。同時，我們也必須（xū）認識（shí）到，機器人無論如何發展，都隻能是人類生活（huó）和工作的工具和幫（bāng）手，輔助人類完成（chéng）一些複雜、危險的工作。機器人（rén）將在人類的控製之下自主地執行任務，最終形成人（rén）和機器人協同工作的（de）和諧環境。 
目前人類生活的空間，是完全根據（jù）人類的（de）認知能力和物理限製而建造的。未來人類建造或改造環境時，必須考慮（lǜ）人類和機器人之間的相互關係，使得未（wèi）來人（rén）類生活和工作的環境適合機器人輔助人類生活、人和機器（qì）人協同工（gōng）作。因此，機器人一方麵需要（yào）借助腦科學和類人認知計算，通過雲計（jì）算、大數據處理技（jì）術提高自身的（de）認知（zhī）能力；另一方麵也需要在（zài）環境建造或改造中提出和研（yán）製易於人（rén）類（lèi）和機器人操作的接口、設備等，研究新的機器人操作係統和操控技術，提高（gāo）機器人的精細與靈巧作業能力，最終實現機器人和環境、設（shè）備（bèi）的相互適應和共同進化，創造人和機器人和諧、協同工作的新空間。 
綜上所述，新（xīn）一代（dài）機器人要求借助腦科學和類人認知計算方法，通過雲計算、大數據處理技術，增強機器人感（gǎn）知、環（huán）境理解和認知決策能力。通過對人和機器人認知和物理能力、需求的深（shēn）入分析和理解，構造人（rén）和機器人的共生物理空間。使得機器人能夠完成複雜、動態環境下的主動服務和自適應操作。 
作為（wéi）機器人領域的後發國家，我國在智（zhì）能機器人領域相比於歐（ōu）美日等先進國家還有相當大的差（chà）距。然（rán）而，大數據、雲計算與物聯網帶來的變（biàn）革（gé），以及腦科學研究和（hé）類人認知計算技術的興起（qǐ），給機器人領域帶來（lái）了新的跨越式發展（zhǎn）機遇。目前，雲腦機器人（參見圖1）及人與機器人共生物理空間研究（jiū）仍然是國際上的空白，它的研發、製造（zào）和應用是衡量一個國家科技創新、高端製造業水平和綜合實力的重要標誌，必將是國家安全的基石和形成支柱產業的戰略引擎。抓住這個重大的曆史機遇期，增強我國在機器人領域的自主創新能力，是我（wǒ）國機器人研究和發展趕上和超越國際（jì）水平的（de）重（chóng）要途徑。      
機（jī）器（qì）人係統中的類腦計算 
  人類大腦具有非常（cháng）強大的信息處（chù）理（lǐ）和認知功（gōng）能，人類對自己的大腦及其功能的（de）研究，曆經數百年，取得了巨大的進步，但依然處於十（shí）分初級的階段。人類對自己大腦運行原理的理解，依然十分有（yǒu）限。因此，類腦計算（suàn）麵臨著非常巨大的挑戰，尋找一個易於突破的方向，是（shì）當前類腦計算（suàn）領域（yù）亟待解決的（de）重大問題。 
使機器人（rén）也具有（yǒu）同人類（lèi）一樣的腦-手功能，將（jiāng）人類從瑣碎（suì）和危險環境（jìng）的勞作中解放出來（lái），一直是人類追求的夢想。隨著人類對腦-手認知功能理解的加深，從腦-手生物係統認知機理的角度研究仿生機器人，已成為機器人發展的重要方向。而這（zhè）些研究有賴於對人類腦-手感覺運動係統多源信息編碼和神經協同機理的認知，以及如何將其轉化為仿生機械手靈巧操作的理論方法。這裏首當其衝需要解（jiě）決的就（jiù）是腦-手（shǒu）感知運動係統多源感知信（xìn）息的編解碼（mǎ）、神經協同運動機理。人手、臂的運動（dòng）行為（wéi）是運動皮（pí）層和感覺皮層等多腦（nǎo）區參與的神經（jīng）信（xìn）息協同表征與處理結果，而運動行為的學習則須將各種相關感知信息如視覺（jiào）、觸覺、溫度覺等，編碼（mǎ）後傳入中樞神經係統，經過重複整合並存（cún）入長期（qī）記憶中。 
目（mù）前對於腦-手運動機理的分析通常限定為（wéi）初級運動皮層（céng）或運動前區與手具體運動參數（shù）的統計關聯性，而對（duì）於如何同時將多種感官信息傳輸到（dào）人腦、如何表示、整合，並長期存貯用於指導運動技能的學習，則（zé）鮮有研究。揭示腦-手運動行為在神經信息（xī）中的動態表征機理，從細胞、回路和腦（nǎo）區三個（gè）層（céng）次上分別研究神經元活動與運動行為在時間與空間分布（bù）上的（de）係統量化關聯性，對多腦區、高通量、時（shí）變、非線性的神經信號，進行高效、動態、聯合（hé）的傳感測試與解析，是當前腦（nǎo）科學和人（rén）工（gōng）智（zhì）能領域麵臨的共同挑戰。 
雲腦機器人 
雲腦機器人（rén）的類人認知離不開（kāi）神經科學的發展（zhǎn）。受（shòu）大腦視覺係統的結構和功（gōng）能特點啟發建立（lì）的深度學（xué）習已在某些方麵接近於大腦對於信息的處理能力（lì）。然而,深度學習仍然不完全具備大（dà）腦的認知能力，比如自主（zhǔ）學習、對於（yú）多種模態的快速切（qiē）換和自由融合、運動與感知的一體化等。因此，雲腦機器人還需要從大腦借鑒更多的知識（shí）才能達到真（zhēn）正的類人認知。其次,為了實現類人認知，需要發展一種開放的、可擴展的、可重構的雲腦計算體（tǐ）係結構，製造類腦神經元網絡等新型機器人的“大（dà）腦”。 
目（mù）前，美國、歐洲等均啟動了類腦芯片及新型體（tǐ）係結構等的（de）研（yán）究，最引人矚目的成果是IBM公司（sī）於2014年8月發（fā）布的類腦芯片（piàn）TrueNorth，其中含有100萬個可編（biān）程神經元、2.56億個可編（biān）程突觸，每秒可進行2560億次突觸運算。每消耗一焦耳（ěr）的能量，可進行460億突觸運算。國際上開展類似（sì）研究的還有許多知名企業、研究機構和大學，包括英特爾、ARM、惠普、高通、斯坦福大學、曼徹斯特大學、海德堡大學等。我（wǒ）國的腦計劃項目也在緊鑼密鼓地進行。清華大學也於最近研製成功了（le）類（lèi）腦計算芯片天機1號。這方麵的研究成果有望為雲腦機（jī）器人（rén）的（de）研發提供強有（yǒu）力的支持。 
雲（yún）腦機器人（rén）研究需要（yào）大數據技（jì）術的支撐。目前的大數據計算的前沿研究熱點目前正拓展對信息係統、物理係統和人類社會之間的高度耦（ǒu）合機理和互動模型研究。如何在現有（yǒu）認（rèn）知科（kē）學和信息科（kē）學的研究基礎上，對跨時空大數（shù）據中數據、對象和事件的屬性進行建模、分析和挖掘（jué），揭示（shì）跨時空大數據的高（gāo）度耦合機理和融合交互規律（lǜ），解決將人類知識與（yǔ）數（shù）據驅動的大數據技（jì）術有效結合的關鍵問題，是大數據計算的研究趨勢，亦是雲腦機器人認知（zhī）與決策的重要基礎。在智（zhì）能決策方麵，隨著人們對人類腦神經係統（tǒng）、感覺運動係統多源信息編碼和神經協同機理的認知，如何研究利用基於這（zhè）些認知機理的智能控製理論與技術（shù），並將其應用於機器人，增強機器人（rén）對不確定環境的適應能力和（hé）精細與靈巧操作能力，是雲腦機器人智能控製研究的（de）核心技（jì）術之一。目前（qián）,匹斯堡（bǎo）大學,布朗大學（xué）和浙江大學等單（dān）位已通過對獼猴和人的（de）腦神經運動係統認知機（jī）理的揭（jiē）示，研究新型的機器人操作理論方法，並進行了獼猴和（hé）人的典型抓取實驗。作者領導的課題組開展了機械手高分辨率多模態陳列傳感裝置以及基於經驗學習的機械手精細（xì）操作方法的研究，並將其應用於科學實驗。 

未來發展方向 
盡（jìn）管類腦計（jì）算和雲計算目前已經取（qǔ）得顯（xiǎn）著進展，雲腦機器人的研究依然麵臨巨大挑（tiāo）戰。為了應對（duì）這些挑戰，應該在以下方麵開（kāi）展深（shēn）度研究： 
1）  雲腦機器人係統的（de）體係結構 
通過視（shì）覺、聽覺、觸覺等多模態感知信息完成對作業環境的進行認（rèn）知並對操（cāo）作目標（biāo）進行精細（xì）與靈巧操作是（shì）雲腦機器人必備的能力。擬突（tū）破該體係中網絡與機器人（rén）、機器人與（yǔ）機器人之間的感知運算存儲等資源的配置、角色分配、任務（wù）分工、協作方式以及人機情感交互，以及基於類人認知的機器人精細與（yǔ）靈巧操作等問題。研製認知專用加速芯片，實現高性能功（gōng）耗比的複雜認知功（gōng）能。研究支持（chí）多機器人協（xié）作的雲端融合體（tǐ）係結（jié）構，根（gēn）據任務複雜度、數據量、網絡狀況以及機器人的電源狀況等自動選取優化的雲端任（rèn）務劃分和機器人間任務劃分機（jī）製，降（jiàng）低總體成本、功（gōng）耗，提高任務執行效率。突破（pò）雲端融合的智能機器人編程方法、編譯器（qì）和運行時係統，實現雲腦機（jī）器人性能的整體跨越。研究超智機器人與智能家居環境和智能製造環境進行信息交互（hù）和操作（zuò）控製的（de）方法與體係結構（gòu）。基於新型器件和（hé）新型類腦（nǎo）計算模（mó）型的研究，研究新（xīn）一代認知加速芯片。 
2）  雲腦機器人的類（lèi）人認知 
機器人在感知外界事物時，需要從多個感官模態獲取（qǔ）信息，對這些（xiē）信息有效整理用於認知過程、指導後續行為，並可通過（guò）雲計算和雲存儲延伸感（gǎn）知能力。為此，需要發展雲腦機器人的類人認知基礎理論和方法，解決多模態信息“如何表達、如何處理、如何（hé）使用”以及類人認（rèn）知與現有信息處（chù）理（lǐ）係統如何（hé）高效融合等問題。 
3）  雲腦機器人的智能（néng）控製 
雲腦機器（qì）人需要高效處理來自網絡空間、物（wù）理空（kōng）間和人類社會空間的跨（kuà）時空複雜信息。因此（cǐ），如何在（zài）與環境交互和共同進（jìn）化過程中實現自適應的決策與控製是雲腦機器人必須具備的能（néng）力。為此（cǐ），需要研究跨時（shí）空複雜環（huán）境下的智（zhì）能控製理論、方法與係（xì）統。包括：（1）雲腦控製（zhì）的分層遞階結構；（2）雲腦控製的認知機理；（3）麵向雲腦控製的人機交互；（3）雲腦協調多任務規劃與決策。（4）雲腦機器人核心功能部件，包括多模（mó）態、高（gāo）分辯率陣列傳感裝置、仿生（shēng）肌肉纖維和記憶合金協同驅動裝置以及關鍵（jiàn）傳動與控製器件等。 
4）  雲腦機器人的大數據處理（lǐ）與分析 
雲腦機器人（rén）需要高效（xiào）處理來自於網絡空間（jiān）、物理空間和人類社會空間的跨時空大數據。如何智能（néng）地從與環境交（jiāo）互的海量曆史數據及實時數據中自適應學（xué）習與決策是（shì）雲腦（nǎo）機器人必須具備的能力（lì）。為此，需要研（yán）究跨時空大數（shù）據環境下的智能信息處理理論、方法和係統，包括：（1）跨時空大數據的統一表達（dá）以及數據、屬性和語義的交互機製建模；（2）跨時空數據的變粒度結構挖（wā）掘及其高度耦合機理；（3）知識與數據驅動相結合的學習理論和（hé）高效（xiào）算法；（4）開放式動態複雜環境（jìng）下的隱含結（jié）構識別、異構推理與融合；（5）不確定環境下的高效（xiào）智能決策與自適應學習；（6）支持雲腦機器人數據計算的大數據分析處理係統架構、質量控製模型與高效（xiào）算法，實現跨時空大（dà）數（shù）據並行處理機製及知識管理（lǐ）模式。 
5）  應用示範 
建立在雲腦機器人基礎之上的服務機（jī）器人在（zài）未來養老（lǎo）服務中應逐漸扮演起重要（yào）角色，利用多感覺整合與注意腦機製及其與人情感關係、人-機器人的友好（hǎo）交互、技能學習與（yǔ）智能決策等（děng）關鍵（jiàn）技術，提高機器人（rén）的認知能力（lì），提升服務機器人的智能化程度，承擔起（qǐ）養老服務，解（jiě）放勞動力，帶動整個服務產業新發展，解（jiě）決國家重大社會問題。另（lìng）一方（fāng）麵，雲腦工業機器人在新工業時代（dài）大背景下，利用自主協同（tóng）操控，麵向複雜加工任務的自主製造，群組工業機器人的智（zhì）能規劃、決策，基於網絡的人（rén）機（jī）共融操作等關（guān）鍵技術，進一（yī）步提高工業技術水平，同時結合服務機器人生產、製造，進行應用示範。 
為了攻克雲腦機器（qì）人上述關鍵（jiàn）技術，應該建立高（gāo）等院校、企業和標準化組織協作的創新模式，為新技術的應用提供市場準入（rù）條件。在技術示範方麵，要充分結合（hé）企業的工（gōng）程實施能力和產品（pǐn）化能力，通（tōng）過技術轉讓等成果轉化方式吸引相關企業參與項目實施（shī）。與相關（guān）行業管理部門積極溝通，以便於成果輻射整個生產行（háng）業，帶動行業進步。在人才保（bǎo）障方麵（miàn），加強對雲腦機器人科技（jì）人才培養（yǎng）的政策支持，吸（xī）納高素質人員進入（rù）機器人研發領（lǐng）域，建立高層次人（rén）才培養體係。此外，積極（jí）引進國（guó）外先進技術與經驗，實現我國機（jī）器人技術（shù）發展（zhǎn）與世界接軌。加強國際機器人標準體係研究（jiū），係統與裝備（bèi）國際化頂（dǐng）層設計，國際合（hé）作機製研究，以及國際發達國家機器人技術（shù）跟蹤（zōng）與發展態勢分析。 
雲腦機器人是新一代機器人的發展趨（qū）勢。通過雲腦機器（qì）人的研究與開發，形成完備的（de）機器人產-學-研-用創新（xīn）體係，具體包（bāo）括突破雲腦機器（qì）人的體係結構、環境交互學習、認知行（háng）為與作用機理（lǐ）、靈巧操作等基礎（chǔ）理論與核（hé）心技術，並研製大麵積多模態、高分（fèn）辯率陣列傳感裝置、類人認知計算芯片、仿生（shēng）肌肉纖維和記憶合金協（xié）同驅動裝置等新型仿生感知與執行器，開發雲腦機器人關鍵傳動與控製（zhì）器件，完成原創性的雲腦機器人實驗樣機平台（tái）研（yán）製（zhì），建立服務機器人和工業機器人應用（yòng）示範。通過對雲腦機器人的研發，不僅能夠快速提升我（wǒ）國在機器人領域的領導（dǎo）地位，還能（néng）有（yǒu）力地（dì）促進雲計算、類腦（nǎo）計算與認知計算的協同發（fā）展。 
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