近年來，中國航天領域的突飛猛進令世界矚目，同時它帶動的高新技術進步也在不斷推動社會進步。近日在中國科協創新融合學會聯合體舉辦的第一屆創新融合發展論壇上，東南大學首席教授、空間科學與技術研究院院長宋愛國接受《環球時報》記者專訪時，介紹了用于中國空間站機械臂的先進技術是如何走進我們熟悉的日常生活。

       盡管隨著近年人工智能技術的快速發展，不少人都在暢想自主機器人何時能投入使用。但宋愛國表示，受到人工智能現有水平的制約，工作在未知環境下的全自主式智能機器人是目前乃至今后幾十年內都難以達到的目標，因此“人機交互遙操作機器人”是當前機器人的重要發展方向之一。通俗地說，“人機交互遙操作機器人”就是指依托于高速通信網絡的機器人工作在遠端，人在本地。通過各種傳感設備，測量人肢體的運動信息，并作為控制指令，去控制機器人的運動與操作；同時，再將機器人的視覺、力覺、觸覺等各種感覺反饋給人，實現人與機器人的深度耦合。

       由于“人機交互遙操作機器人”結合了人的知識智慧和機器人的適應性，可以在危險或未知環境中完成復雜的作業任務，因此它已經被廣泛用于深空探測、載人航天、水下勘探等領域。宋愛國介紹說，國際空間站最早采用這種技術用于艙內的科學實驗任務和艙外的維護任務，美國國家航空航天局還專門研制用于機器人遙操作的力反饋手控器。中國空間站擁有的三條機械臂也采用“人機交互遙操作機器人”技術，其中天和核心艙的機械臂展開長度為10.2米，承載能力25噸，有7個自由度，能按照自動操作和遙操作兩種模式進行工作。“通過實際使用證明，我們的空間機械臂在多臂協同作業和先進性上都超過了國際空間站的同類設備”。中國空間站航天員還配備了在軌操作力測量傳感器與測量設備，它們能精確測量航天員在軌指捏力、手握力、推拉力、雙手插拔力、雙手旋轉力矩、單臂/雙臂/手輪旋轉力矩、手部多維力和足部多維力等在微重力環境下人的操作力和生物力學等重要測量數據。此外，嫦娥三號月面巡視器、衛星在軌服務機器人等也都用上了這套先進技術。

      “人機交互遙操作機器人”的技術原理聽起來簡單，但要實現的難度卻相當高。宋愛國表示，這項技術的核心就是臨場感——機器人的視覺、力覺、觸覺等各種感覺第一時間能反饋給人，使人“身臨其境”；同時也要通過各種傳感設備收集人的動作、力度等數據，控制遠端機器人的運動。他介紹說，傳感器的安裝位置不同，測量的數據就會有不同的干擾影響，需要克服多維力測量不準確問題；空間站與地面通信存在時延，尤其是空間站與地面中心的距離在不斷變化，時延也在相應隨時改變，都會影響機器人的力反饋、力感知和力控制問題。但經過宋愛國團隊對算法和硬件的精心設置，目前這些問題都已經有了一套成熟的解決方案。

      宋愛國還透露，“人機交互遙操作機器人”技術的應用范圍并不限于航天領域。例如在醫療的康復機器人方面，它可以牽引偏癱患者，通過人機交互帶動患者活動，進行康復性訓練。利用“人機交互遙操作機器人”技術制成的假肢密布力覺、觸覺傳感器，通過機電信號進行控制。這種假肢能夠向身體傳輸觸覺、力覺甚至溫度等信號，讓大腦認為“這是身體的一部分”，從而能夠更好地感知和控制。例如我們為失去雙臂、雙眼的“排雷英雄”杜富國研制這種力觸覺感知反饋假肢。“杜富國看不見，力觸覺感知的反饋就尤其重要，需要通過它才能了解假肢在哪里，是否接觸到物體，該使多大的力氣抓”。宋愛國表示，經過熟悉訓練后，目前杜富國已經能初步利用假肢，完成自己拿起水杯喝水等動作。此外，現在血管介入手術、腦外科手術、腹腔鏡手術等很多手術都已經運用了醫療手術機器人，它們也需要“人機交互遙操作機器人”技術的支持。

（中醫針刺觸覺仿真交互實訓平臺）

     “人機交互遙操作機器人”技術還可以通過虛擬現實實現更深層次的人機交互，它在虛擬現實中達到了“不僅能看得到，而且摸得到”的效果。例如現在利用力反饋技術的新一代虛擬現實人機交互設備已經被用于醫療培訓，“用這套設備在虛擬現實中訓練中醫針灸手法，手能感覺到虛擬針扎到虛擬骨頭和血管時，得到不同的力覺反饋。”

     宋愛國還展望說，未來在農業、維修、巡檢等領域，“人機交互遙操作機器人”技術也都有用武之地，包括完成農業工廠的果實采摘、鐵路的日常巡檢、船舶的維護和維修等。他舉例說，目前各國遠洋船舶的海上檢測和維修成本很高，也不可能為每艘遠洋船只都配備專業檢修人員。這個問題的解決方案之一就是在遠洋船舶上配備智能巡檢機器人，可以定期自行對船體進行檢查。