生物进化论在机器人结构上的演变与实现

传统结构的机器人

往往只能够完成单一的工作

当需要完成多项工作时

就会无所适从

面对复杂甚至需要改变自己结构形态才能完成的工作

往往会无能为力

人类的进化

是不断与自然环境交互、重构改造的过程

机器的变革

也经历了由单一任务到复杂工况的变迁

经历了四次工业革命

机器人机构是否也可以从生物学理论出发

改变形态、重新构造

实现从机器到机器人化、智能化的演变

以适应机构智能在未来生活与生产中的广泛应用

【划重点】

      当下，以人工智能为代表的第四次工业革命，正在带来传统机器的更新，迎来机器人发展的新时代。     

      随着先进制造业、航空航天、自动化生产线等领域不断发展，各类机械设备与机器人对机构可重构能力与变结构特性的要求不断提高。这就需要对作为机器与机器人骨架的机构进行创新设计，对传统机构概念与设计进行彻底变革。从机构设计的角度看，传统机构一旦完成设计，其拓扑结构与活动度就一成不变，很难满足多变环境、工况与任务对机构功能与性能的需求。而可重构机构由于具有多构态变化，可以满足多任务、多工况与多功能的要求，从而达到“一机多用”、节约资源与降低能耗的作用。

【课题介绍】

      智能机器人需要结构突破，需要机构智能。而进化机器人需要机构进化，需要适应多变环境多重任务。这一演讲结合这两者，从600万年的人类历史、从四次工业革命、从Bricard 与Schatz 等古典机构讨论现代机器人结构的突变，机构的变异，及机器人如何适应环境变换与任务更迭，由此衍生出机构演变，变胞与可重构。演讲由此介绍机构变换衍生出的生物进化对应策略，以及生物进化论在机器人结构上的演变与实现，提出进化机器人的结构进化。
      演讲同时基于古典机构的融合，折纸艺术的衍生，生物进化的应用，实例演讲日常折纸，与日常装饰品衍生出变胞机器人与进化机器人。从19世纪的研究，加以融合物理学、几何学、数学，出现了机构学与机器人学一体化分析理论，展示这些研究在变胞机器人、康复机器人、人形机器人、电业机器人的领域的应用。

【院士介绍】

      戴建生，英国皇家工程院院士、欧洲科学院院士（MAE）、南方科技大学机器人研究院院长、伦敦国王学院荣誉教授。荣膺国际机械设计领域最高荣誉“ASME 机械设计”成就奖（2020），为1958年来第58位，首位华人；荣膺国际机构学领域最高荣誉“ASME DED 机构学与机器人学”成就奖（2015），为1974年来第27位。并获得中国侨联第六届“侨界贡献奖”（2016），“中国机构学学术创新奖”（2013）等荣誉，以及“天津市自然科学一等奖”（2021，排名第一）省部级奖励。      戴建生为美国机械工程师协会会士，国际电气与电子工程师协会会士，英国机械工程师院会士，英国皇家艺术与制造学会会士，中国自动化学会会士。担任国际机构学与机器科学联合会英国区主席，中国机械工程学会机器人分会副主任委员，中国自动化学会机器人智能专委会副主任委员。为国际机器人旗舰期刊、机器人学创刊最早两期刊之一 Robotica 的 Editor-in-Chief，国际机构学机器科学领域顶级期刊Mechanism and Machine Theory 的Subject Editor。      主要从事机构学与机器人运动与设计理论及其应用研究、研究工作获得专利50余项，培养博士生50余位其中含欧洲科学院院士、美国机构学专委会主席、高科技公司 CEO 等，出版专著9部，发表学术论文700余篇。

【特别单元：专题研讨】

      本期讲堂持续聚焦智能进化机器人领域研究方向，特邀哈尔滨工业大学（深圳）副校长李兵、深圳大学计算机与软件学院副院长李坚强、富士康科技集团C事业群资讯长王树华，与戴院士一起，以“智能进化机器人的前瞻与应用”为题，从不同视角出发，共同探讨智能机器人产业发展应用的新思想。