录：王煜，香港科技大学机器人研究院院长、机械及航空航天工程学系教授。于2015年重新加入香港科技大学，之前曾在美国马里兰大学，香港中文大学和新加坡国立大学工程学院任教。

目前兼任IEEE自动化科学与工程杂志高级主编、IEEE机器人与自动化杂志和ASME生产科学与工程学报副主编。以下为王煜教授在2018世界机器人大会上的演说内容，(公众号：)编辑做到了不转变本意的编辑整理：刚体机器人成熟期的理论体系及其不存在的问题美国十多年来仍然都有研究和改版机器人的发展路线图。其中也提及了很多问题，比较突出的有两个问题：第一，机械手的灵巧性和操作性；第二，新型机械手或其它机器人如何需要更加相似人的操作者性能和功能。

这两个问题在之前改版的路线图中都有提及，并且也谈了其发展方向。但是随着时间的流逝，我们可以看见，现在机械手及机器人的发展方向依然不具体，最近几年发展路线有很多，而且各不相同。上图表明了如果要做到灵活的机械手，通过传统刚体机器人的作法可以有怎样的发展。

刚体机器人在过去几十年里仍然被作为主要研究路线，这种机器人研究体系早已十分成熟期，其中工业机器人的应用于也获得了全面的发展和推展。按照某种程度的方式做到与人体对话的机器人，或中用更加类似环境下的机器人，我们找到做到出来的机器人并不几乎限于。

例如做到辅助人走路或其他行动能力的机器人，可以找到这是一个很可观的刚体机器人，似乎不会不存在相当大的局限性。从学术和应用于的角度回顾过去机器人的发展，特别是在是工业机器人获得了巅峰的发展，它所倚赖的是系统性的技术，主要是刚体机器人整个技术体系。

通过机械原理建构一个机器，这个机器需要运动，再行从刚体理论中把刚体去除，替换成确实的结构性材料，再行把动力和驱动装置放进去（基本上都是电机驱动），最后构成由传深感掌控的原始系统，也就是机器人。从运动学的角度来看，1876年德国工程师勒洛就把机械原理（即刚体运动学）完全理顺，然后写出入《机械运动学》一书中。从蒸汽机发明者以后，机器人的发展和机器的发展都依赖刚体运动学的基础，然后把驱动、传感和掌控几乎创建一起，最后构成一个系统，使得今天有各式各样的自动化机器，还包括汽车、火车，以及工业机器人，创建系统地做到机器研究或机器生产的理论，这套理论早已十分成熟期了。软体材料及软体机器人的市场需求如果想要让机器人做到更加多的事情，特别是在是和环境或人类展开对话，我们就不会找到一个不利的问题——刚体机器人在马达的驱动下惯性十分大，认识到外界就不会再次发生反感的冲击，可能会导致不安全性，刚体和软体的环境对话也并不更容易掌控。

因而，很难用传统的刚体机器人作出新的一类远超过工业机器人市场需求的机器人。我们期望机器人需要和环境、人必要交互，也期望这类机器人需要有传感和必要通信能力，这种机器人不会为人类带给相当大的协助，还包括康复、帮助老人。但是刚体交互性并很差，而且马达驱动工作时，掌控好马达以获得柔性的驱动及对话很难，因为马达的功率一般都相当大，现在无法做那么较低功率的柔性掌控。

我们必须思维能否寻找其它方式，大自然不会想起人体。人体虽然有骨骼结构，但其外侧有肌肉和皮肤（软体）作为与外界交互最主要的界面，而不是骨头必要与外界交互。我们想起转变刚体机器人框架，替换成其他材料做到的新机器人，也就是用软体材料。

相比于刚体材料而言，软体材料互动性好很多，如果用软体材料作出新的机器人，可能会拓展出有新的应用领域。软体机器人的尝试工作从人体角度来看，我们肌肉的弹性系数基本上和橡胶硅差不多，如果用橡胶硅来做到软体机器人，从弹性的角度来看应当和人体差不多，于是我们开始尝试用软塑料一类的材料来做到机器人，软体机器人早已开始变为一种新的点子。实质上这项工作还是比较较为新的，直到2012年左右，美国有几位教授用气枪为塑胶通气，需要作出爬到、跳跃等动作的软体机器人，可以做我们所要的软体机器人性能。有了这些前沿性、探索性的工作后，大家开始确切看见软体机器人的市场前景，例如可以用来做到医疗机器人、可穿着机器人和玩具机器人。

当然，我们还必须其它技术，比如传感技术和驱动技术，必须柔性的传感器，也必须柔性的驱动器。柔性传感器的材料早已有人做到过一些研究，但做到柔性驱动器就很难了。现在市场上大家有很多的庞加莱，比如飞机的机翼不是现在的相同机翼，而是柔性的、可变形的机翼，如果夸奖的话，比较空气动力学性能不会更佳，所以也不会有更加多其它的用处。随着3D打印机技术的蓬勃发展，有可能经常出现更加简单的软体机器人材料。

软体机器人发展的关键问题软体机器人的发展必须细心考虑到以下几个问题：1）从学术角度来看，既然做到软体机器人就必须软体材料，也不会给你柔性对话的本体，里面有可能有刚体，也有可能有像人一样的骨骼，刚体之间也有可能产生运动，我们在其中重新加入铰链机制；2）软体当中可以重新加入一些产于性的驱动器和传感器，如果有产于性的驱动器和传感器，柔性机器人的性能就不会显得更佳；3）只有刚体骨架作为传感，外面的肉体是被动的皮肤和肌肉，互动性不会较低一点。总体来讲，从学术角度来看，我们要把软体机器人看做和人一样的结构。

其中不会有很多问题，比如怎样做到这些东西，最后还要看它需要给你的功能和性能。我们必须告诉它的运动是手、是脚，还是车子，要看最后结构制成什么样。

如果是一个手，我们就必须设计手指，让手指捕捉物体；如果是一个驱动，就要制成脚。软体的部分必须包括在机器人的设计、传感和掌控整体的框架当中，现在基本上没很好的运动学理论，实际应用于中依然是把刚体运动学搬到到柔性体当中。个人实在我们必须从最基础的角度来看软体机器人，主要有三大问题：1）如何定义柔性系统（软体机器人系统）。机器人却是是要做到运动的，刚体运动学通过机械原理可以解决问题，软体涉及运动理论现在还没。

2）如何设计/掌控柔性系统。我们不有可能用铰链和传感来解决问题如何从软体机器人当中产生运动，以及更加简单的怎么掌控运动。掌控便成了十分困难的事情，因为有无穷多的维度，要看怎么驱动软体机器人系统，最后怎么做很好的掌控。

3）柔性系统生产的材料问题。今天我们遇上最主要的问题就是软体机器人的材料的问题，材料给了我们相当大的局限性，我们没很好的软体材料确实来做到最后想做到的软体结构。软体机器人系统右图是软体机器人系统，如果上面有软体机器人的结构，必须有设计方法，然后要有模型，产生动态方程，最后有可能有局限性的传感，不是每个维度都有传感，然后用传感系统来做到掌控，从而产生控制系统。其中最好的是要看什么设计、什么架构需要产生人类必须的软体机器人，软体机器人必须已完成什么任务，怎么去构建这些任务，因而必须做到运动规划或任务规划，然后再行再加明确的动态系统，产生适合的掌控，最后才能设计出有简单的软体机器人。

理论上来讲，必须解决问题的就是这些大框架问题，但严肃做到一起就不是那么更容易了。不过早已有人在虚拟空间中解决问题了这些问题。

做到计算机图形的工程师早已想起了这些问题，并作出了一个虚拟世界的软体机器人，它的性能几乎是你必须的。其中，上面是一块很软的材料，下面有四条腿，如果有理想驱动器就能构建跳动。这个软体机器人在虚拟环境当中几乎需要构建均衡和跳动，以及做到各种其它动作。

从建模角度来讲，理想系统中的软体机器人早已构建了。但是模型是理想的模型，材料有可能是线性的或非线性的，驱动需要产生力，控制系统当中的掌控方程和掌控方法都解决问题了，再加仿生设计和运动规划、任务规划都是用传统的机器人设计方法解决问题的，这种理想的、仿真的图形学软体机器人并没变为现实。变为现实仍必须寻找材料、驱动器和传感器，都要和模型几乎给定，这在现在来说依然无法构建。

软体机器人的市场潜力虽然软体机器人在医疗、国防和救护领域有市场需求，但是确实仅次于的市场还是玩具，而且对行业最感兴趣的还是迪士尼，迪士尼投放了很多资金，但依然很难构建。要寻找一个适合的非线性模型，需要把这些软体材料叙述得很清楚很难；如果非线性更加强劲的话，做到掌控和其它设计也很难。

现在大家十分期望的是通过3D打印机来找寻限于于软体机器人的材料。3D打印机的很快发展给我们带给了一些机遇，我们可以把有所不同性能的材料混合一起用于，最后通过3D打印机获得比较复杂的柔性系统（例如机械手指和机械腿）。

我们做到的3D打印机的手指可以用来捉苹果、捉鸡蛋、捉豆腐，但确实用一起就不会有相当严重的问题。现在这种利用3D打印机构建的柔性手指还是很坚硬，使劲物体较慢移动时，找到手指不会晃动，也就是没刚性。又要珍又要刚刚，所以就有性能逆刚性，这种性能在柔性机构或者机器人中还是十分受限的，这也是一个较为不利的问题。

软体材料的市场需求平时机器人用的基本都是马达、气动或液压，因为这是传统大功率机器的驱动动力，要是应用于到软体机器人的话，我们大自然期望用软体的材料作为驱动器。最关键的软体材料就是压电塑性材料，这类材料类似于硅胶，通电后不会拓展和伸延，例如，最简单的驱动器就是做到一个气球，气球特了气压后不会收缩，收缩不会带给动能，也就被指出可以作为驱动器。原本的点子就是把这些驱动器做到得很好，然后产于性地放在软体机器人结构中，每个驱动器都可以独立国家掌控，这样就有产于性掌控来做到驱动，性能也不会好得多，但是做到一起并不更容易。

最近的作法是制成一个队列，驱动的时候不会产生一些波，最后可能会带给各种效果，我们做到的就是类似于踢足球的东西。通过这种驱动器做最差的效果也不过如此了，至多是驱动一条较小的鱼尾巴，晃动大约有4-5赫兹，频率也会太高，力也会过于大，无非就是变形较为大。现在行业当中对软体机器人来讲，驱动材料是相当大的瓶颈，气体驱动、液体驱动和压电驱动效果都不是很好，怎么才能有很好的驱动器才能协助软体机器人的发展，这也是个很不利的问题。

软体机器人发展三大关键问题说道到最后，现在来看依然没一个路线图需要把软体机器人怎么发展理顺，实质上不存在三大问题：机械运动原理、刚性结构、驱动和对系统。最后要有理论协助设计，还要有理论协助来做到任务规划和路径规划。因为材料的局限性过于相当严重，驱动的可行性太小，设计的方法基本上没，所以现在大家需要做到的就是做到案例共享，想起好的办法就作好拿出来给大家看，把可行性向前引更进一步。

软体机器人要更加多，小问题都有多多少少的进展，慢慢地这些顺利的案例和经验需要融合在一起，使得软体机器人在理论上有所发展。更加最重要的是要有合适做到软体机器人的材料，才有可能给我们获取更佳的空间，更加合适软体机器人发展。今天有很多做到塑性材料的公司，但对软体材料基本不解读，指出我们没市场，因为我们必须几公斤就不够了，他们必须看见的是几百万吨必须的材料，没那么大的规模，这些做到塑性材料的公司会在短期内老大我们的忙。

个人指出前景应当是很好的，但道路还是较为漫长的。

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