近年來(lái)，機(jī)器人研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但要想在我們的生活中普及機(jī)器人仍是障礙重重?！禨cience Robotics》雜志列舉了機(jī)器人普及亟待解決的10大挑戰(zhàn)。
編輯們對(duì)機(jī)器人技術(shù)的未解決的難題進(jìn)行了在線調(diào)查，并組織了一個(gè)由機(jī)器人專家組成的專家小組，他們列出了30個(gè)最重要的主題，然后將其分成10大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)可能在未來(lái)5到10年內(nèi)產(chǎn)生重大影響。
以下是他們提出的十大挑戰(zhàn)：
1、新材料和制造方案
機(jī)器人專家正開(kāi)始不再局限于以往用電動(dòng)機(jī)、齒輪和傳感器制作機(jī)器人的方法，嘗試使用諸如人造肌肉、軟機(jī)器人技術(shù)和新的制造方法，將多種功能整合在一種材料中。但這些先進(jìn)的制造方法大多數(shù)還處于初期階段，因此將它們整合還難以實(shí)現(xiàn)。多功能的材料，如感應(yīng)、移動(dòng)、能量收集或能量?jī)?chǔ)存等，可以讓機(jī)器人設(shè)計(jì)更高效。但是將這些不同的屬性組合在一臺(tái)機(jī)器上，需要使用新的方法，而新方法必定混合了微尺度制造技術(shù)和大規(guī)模制造技術(shù)。另一個(gè)有希望的研究方向是可以隨時(shí)間變化以適應(yīng)環(huán)境或自我治愈的材料，但這需要做更多的研究。
2、仿生機(jī)器人和生物混合機(jī)器人
大自然已經(jīng)解決了機(jī)器人專家們正在努力解決的許多問(wèn)題，因此許多人轉(zhuǎn)向生物學(xué)尋求靈感，甚至正努力把生命系統(tǒng)融入到他們的機(jī)器人中。但是，在復(fù)制肌肉的機(jī)械性能和生物系統(tǒng)提供自身能量的能力方面，仍然存在著巨大的瓶頸。人造肌肉的發(fā)展已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但是這種肌肉的健壯性、效率、活力和能量密度都需要提高。將活細(xì)胞嵌入機(jī)器人可以克服為小型機(jī)器人提供動(dòng)力的難題，也可以將自我修復(fù)和嵌入式傳感等生物特性嵌入機(jī)器人，不過(guò)如何整合這些部分仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。雖然越來(lái)越多的“機(jī)器人動(dòng)物”正在幫助人們解開(kāi)大自然的秘密，但我們還需要做更多的工作，來(lái)研究動(dòng)物如何在飛行和游泳等能力之間轉(zhuǎn)換，從而建造多通道平臺(tái)。
3、能量和能源
能源儲(chǔ)存是移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)主要瓶頸。無(wú)人機(jī)、電動(dòng)汽車和可再生能源對(duì)此的需求不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)了電池技術(shù)的進(jìn)步，但多年來(lái)，根本挑戰(zhàn)基本沒(méi)有改變。這意味著，在電池開(kāi)發(fā)的同時(shí)，要努力最小化機(jī)器人的用電需求，并且讓它們使用新的能源。讓它們從環(huán)境中獲取能量并通過(guò)無(wú)線傳輸能量是值得研究的兩種極具前景的研究方向。
4、機(jī)器人集群式處理任務(wù)
成群的簡(jiǎn)單機(jī)器人組裝成不同的結(jié)構(gòu)來(lái)處理不同的任務(wù)，這可能是一種更便宜、更靈活的方案，用于替代大型的執(zhí)行特定任務(wù)的機(jī)器人。更小、更便宜、更強(qiáng)大的硬件可以讓簡(jiǎn)單的機(jī)器人感知周圍的環(huán)境，并與人工智能相結(jié)合，從而模擬出能在自然界鳥(niǎo)群中所看見(jiàn)的行為。但是，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同規(guī)模的機(jī)器人群體最有效的控制方式需要做更多的工作——小的群體可以集中控制，但是大的群體需要分散成小群體再進(jìn)行控制。這些機(jī)器人還需要制造地更加堅(jiān)固，能夠適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的變化條件，并能抵御有意或意外傷害。此外，還需要對(duì)具有互補(bǔ)功能的不同機(jī)器人進(jìn)行更多的研究。
5、航行與探索
機(jī)器人的一個(gè)關(guān)鍵用途是探索人類無(wú)法到達(dá)的地方，比如深海、太空或?yàn)?zāi)難區(qū)。這意味著他們需要擅長(zhǎng)于探索和導(dǎo)航那些沒(méi)有地圖、且通常極為混亂和危機(jī)四伏的環(huán)境。主要的挑戰(zhàn)包括創(chuàng)建能夠適應(yīng)、學(xué)習(xí)和從導(dǎo)航失敗中恢復(fù)的系統(tǒng)，并且能夠識(shí)別新的發(fā)現(xiàn)。這需要高度的自主性，讓機(jī)器人能夠?qū)ψ约哼M(jìn)行監(jiān)控和重新設(shè)置，同時(shí)能夠利用具有不同可靠性和準(zhǔn)確性的多個(gè)數(shù)據(jù)源構(gòu)建一個(gè)世界的圖像。
6、機(jī)器人技術(shù)本身
深度學(xué)習(xí)已經(jīng)徹底改變了機(jī)器識(shí)別模式的能力，但這需要與基于模型的推理相結(jié)合，創(chuàng)造出適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)器人，能夠在工作過(guò)程中學(xué)習(xí)。這其中的關(guān)鍵之處在于創(chuàng)造人工智能，它能意識(shí)到自身的局限性，還能學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)新事物。創(chuàng)建能夠從有限的數(shù)據(jù)中快速學(xué)習(xí)的系統(tǒng)，而不必從深度學(xué)習(xí)所需要的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的例子中學(xué)習(xí)，這一點(diǎn)也很重要。我們對(duì)人類智力的進(jìn)一步理解將是解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵。
7、腦機(jī)接口
腦機(jī)接口將能夠?qū)ο冗M(jìn)的機(jī)器人進(jìn)行無(wú)縫控制，但也可以證明一種更快、更自然的方式來(lái)與機(jī)器人交流指令，或者只是用于幫助他們理解人類的精神狀態(tài)。目前大多數(shù)測(cè)量大腦活動(dòng)的方法既昂貴又程序繁瑣，因此，在簡(jiǎn)潔、低功率和無(wú)線的設(shè)備上能起作用將非常重要。由于閱讀大腦活動(dòng)具有不精確性，它們也傾向于進(jìn)行擴(kuò)展訓(xùn)練、校準(zhǔn)和適應(yīng)。而且，它們是否會(huì)勝過(guò)一些更簡(jiǎn)單的技術(shù)，比如眼動(dòng)或閱讀肌肉信號(hào)，還有待觀察。
8、社會(huì)互動(dòng)
如果機(jī)器人要進(jìn)入人類的生活，它們將需要學(xué)會(huì)與人類打交道。但這并不簡(jiǎn)單，因?yàn)槲覀儙缀鯖](méi)有具體的人類行為模型，而且我們很容易低估我們與生俱來(lái)的人性中的復(fù)雜性。社交機(jī)器人需要能夠感知到細(xì)微的社會(huì)線索，比如面部表情或語(yǔ)調(diào)，理解它們所處的文化和社會(huì)環(huán)境，并對(duì)與它們互動(dòng)的人的心理狀態(tài)進(jìn)行建模，以適應(yīng)與人類進(jìn)行交流，無(wú)論是處于短期關(guān)系還是長(zhǎng)期關(guān)系的過(guò)程中。
9、醫(yī)療機(jī)器人
醫(yī)學(xué)是機(jī)器人在不久的將來(lái)會(huì)產(chǎn)生重大影響的領(lǐng)域之一。增強(qiáng)外科醫(yī)生能力的機(jī)器人設(shè)備已正常使用，但其中的一大挑戰(zhàn)在于在這樣高風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中提高這些系統(tǒng)的自主性。自動(dòng)化機(jī)器人助手需要能夠在各種場(chǎng)景中識(shí)別人體構(gòu)造，并能夠使用態(tài)勢(shì)感知和語(yǔ)音指令來(lái)理解不同場(chǎng)景下的需求。在外科手術(shù)中，自動(dòng)化機(jī)器人可以執(zhí)行手術(shù)流程中的常規(guī)步驟，讓外科醫(yī)生為病情更復(fù)雜的病人服務(wù)。在人體內(nèi)部運(yùn)作的微型機(jī)器人也有希望在未來(lái)普及，但使用這種機(jī)器人仍有許多障礙，包括有效的傳輸系統(tǒng)、跟蹤和控制方法，關(guān)鍵是找到能夠改進(jìn)現(xiàn)有方法的治療方法。
10、機(jī)器人倫理與安全
隨著前面的挑戰(zhàn)被一一克服，機(jī)器人將逐漸融入我們的生活，但這一發(fā)展也將產(chǎn)生新的倫理難題。最重要的是，我們可能會(huì)過(guò)度依賴機(jī)器人。這可能會(huì)導(dǎo)致人類失去某些技能和能力，使我們無(wú)法在失敗的情況下控制局面。我們最終可能會(huì)把出于道德原因需要人類監(jiān)督的任務(wù)委托給機(jī)器人，由此，人們?cè)谑〉那闆r下便會(huì)把責(zé)任推卸給機(jī)器人。它還可以減少人們的自決權(quán)，因?yàn)槿祟惖男袨闀?huì)發(fā)生變化，以適應(yīng)機(jī)器人和人工智能有效工作所需要的一些日?；顒?dòng)和限制。
