即使在目前嚴峻的經(jīng)濟形勢下，仍有面向各個(gè)新應用領(lǐng)域的機器人不斷涌現出來(lái)。在制造業(yè)方面，盡管增長(cháng)速度受到資金的限制，機器人的數量仍在不斷增加。另外，醫療、服務(wù)、空間和軍事領(lǐng)域等機器人市場(chǎng)也在增長(cháng)中。與此同時(shí)，曾經(jīng)是科幻小說(shuō)素材的消費機器人時(shí)代已隨著(zhù)清掃機器人的出現而到來(lái)并開(kāi)始改變我們的日常家庭生活。

目前的增長(cháng)并非僅僅是短期的狂熱。許多枯燥、骯臟和危險的工作最終將由機器人來(lái)完成，但技術(shù)將如何發(fā)展才能滿(mǎn)足這個(gè)未來(lái)需求呢？

要使機器人真正成為我們生活中無(wú)處不在的東西，必須在下列方面取得技術(shù)進(jìn)步：

縮短實(shí)時(shí)系統響應的總時(shí)間(從傳感器到執行器)以增強機器人的性能；

具有先進(jìn)的人工智能以增強自主決策能力;

傳感器和執行器更為小巧和輕便以減小機器人的體積并提高能效；

具有能量監測和發(fā)電能力以延長(cháng)自主工作時(shí)間。

我們可以通過(guò)研究機器人技術(shù)的現狀來(lái)窺探或展望機器人技術(shù)的未來(lái)。把具有代表性的機器人吊上解剖臺并認真審視其“解剖結構”無(wú)疑是完成這個(gè)任務(wù)的好方法。

任何好醫生都知道解剖研究應從器官分類(lèi)開(kāi)始，這里，我們首先對機器人的“器官”進(jìn)行分類(lèi)。我們可以把機器人的構件按照電子功能分為5大類(lèi)：傳感器、通訊部分、控制部分、執行器和電源。

傳感器

除操作程序之外，機器人的輸入絕大部分來(lái)自所包含的傳感器。就像我們自己的五官一樣，傳感器向機器人提供有關(guān)外部世界的信息。舉例來(lái)說(shuō)，自主行走型機器人需要了解周?chē)h(huán)境以便走動(dòng)，而以感知環(huán)境信息為主要目標的機器人需要把信息反饋給遠程操作員(火星車(chē)是一個(gè)特別有名的例子)。無(wú)論哪種情況，傳感器都是機器人解剖結構的重要組成部分。

人們已經(jīng)為科學(xué)研究和工程實(shí)現設計出種類(lèi)繁多的傳感器，許多傳感器可通過(guò)電子接口應用在機器人中。對機器人而言，CMOS成像器、紅外線(xiàn)測距儀、壓力傳感器和加速度計是更為常見(jiàn)的傳感器。

在大量現有傳感器的基礎上，機器人傳感技術(shù)的未來(lái)將向更小、更輕、性?xún)r(jià)比更高且更易于整合的方向發(fā)展。

通訊

對于機器人而言，內部和外部通訊都是至關(guān)重要的。

內部通訊直接決定了操作的實(shí)時(shí)性。猶如人類(lèi)的神經(jīng)系統，內部通訊把信息從傳感器饋送給處理器或機器人的控制部分。內部通信協(xié)議的速度直接影響系統的響應速度。

實(shí)時(shí)性并不是外部通訊的一貫性要求，如下載程序或數據文件就不需要即時(shí)響應。但在某些情況下，如在控制遙控型機器人的運動(dòng)時(shí)，外部通訊的實(shí)時(shí)性則具有至關(guān)重要的作用，因為任何拖延都可能造成事故。

未來(lái)對機器人通訊的要求，不論是內部通訊還是外部通訊，都將歸結為“更快”。特別地，更寬的帶寬和為其它行業(yè)開(kāi)發(fā)的高速協(xié)議將受到機器人設計者的歡迎并被加以利用。

控制

控制或處理節點(diǎn)是機器人系統的“腦”。對傳感器數據的處理能力將決定機器人實(shí)現先進(jìn)工作方式的能力。

機器人領(lǐng)域不僅對處理能力有更高的需求，某些控制方面的功能對機器人也很重要。由于機器人需要移動(dòng)，為使機器人及周?chē)锛庠馄茐?，機器人應具有中斷水平的實(shí)時(shí)處理能力。在某些情況下，碰撞檢測和避障處理在靠近動(dòng)作機構但與主控制節點(diǎn)分離的處理器中完成。這種類(lèi)型的外設控制可以分擔主處理器的處理負荷并對刺激猶如“潛意識”般地做出反應。

軟件正在成為機器人領(lǐng)域中最重大的研發(fā)領(lǐng)域。研究人工智能，特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的目的是使計算機(因而機器人)能夠更好地自己學(xué)習如何來(lái)完成任務(wù)。對控制算法的改進(jìn)也正在進(jìn)行中。

在談到MobileRobots公司工程人員的硬件/軟件比例時(shí)，該公司首席執行官JeanneDietsch說(shuō)：“我們是一家軟件公司?！笔聦?shí)上，MobileRobots公司生產(chǎn)自己的硬件機器人平臺，而且是少數幾家這樣做的公司之一，但該公司的創(chuàng )新主要在軟件方面。

在某種程度上，機器人技術(shù)的進(jìn)步類(lèi)似于人類(lèi)物種的進(jìn)化。對生拇指和其它物理進(jìn)步必須借助大腦功能的改進(jìn)才會(huì )更好地發(fā)揮作用。
因而，控制和處理基礎設施的進(jìn)步是機器人取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)化的必要條件。

執行器

機器人系統區別于其它電子系統的特性之一是移動(dòng)。只有具有移動(dòng)能力的系統才能歸類(lèi)到機器人。要使機器人移動(dòng)，就必須為之提供執行器。最常見(jiàn)的執動(dòng)器是電動(dòng)機(直流、步進(jìn)或伺服電機)，盡管也使用非電磁(如氣動(dòng)和液壓)執行器。

電機技術(shù)的創(chuàng )新及更好的材料和更先進(jìn)的制造能力已逐步減小了電機的尺寸并提高了電機的效率，但執行器技術(shù)的真正創(chuàng )新將來(lái)自其它領(lǐng)域，如可電彎曲的合金。

這些“納米肌肉”將改變機器人移動(dòng)的方式，幫助機器人設計師模仿人類(lèi)和動(dòng)物的動(dòng)作。這種合金很輕，其機械性能與我們自己的肌肉相近。

總之，材料領(lǐng)域的研究將向我們提供響應速度更快、力量更大、重量更輕、可充當為肌型執行器的合金。

電源

由于有線(xiàn)電源不適于自行移動(dòng)的機器人，在機器人中最常見(jiàn)的電源是電池。但電池顯然是機器人長(cháng)期現場(chǎng)部署的限制因素，而且，如所周知，運動(dòng)會(huì )相對消耗更多的能量。另外，電池可能也是機器人系統中最大和最重的一個(gè)部分，對于要求體積小機動(dòng)性強的機器人來(lái)說(shuō)，這將給機械設計帶來(lái)問(wèn)題。

因而，機器人行業(yè)將會(huì )對電池技術(shù)的任何進(jìn)步迅速加以利用。

在未來(lái)，預計對自行發(fā)電的機器人的需求將會(huì )增加。目前，已經(jīng)出現了利用太陽(yáng)能和其它能量收獲方法以增加其能量供給的機器人。電源領(lǐng)域最近的創(chuàng )新之一是RoboticTechnology公司的Eatr機器人(強動(dòng)力自主戰術(shù)機器人)，它可以收集和燃燒生物體來(lái)增加其能量供給。

未來(lái)

機器人技術(shù)還有很多創(chuàng )新有待完成。如果該技術(shù)繼續沿著(zhù)目前的道路前行，我們將會(huì )看到這樣的機器人，成千上萬(wàn)甚至上百萬(wàn)的傳感器連接到一些較小的處理節點(diǎn)，這些節點(diǎn)連接到更大的中央處理節點(diǎn)，后者通過(guò)遠程鏈接與中心站及其它機器人進(jìn)行通訊。這些傳感器將向機器人提供反饋，機器人利用這些信息驅動(dòng)輕巧的執行器迅速高效地完成手頭的任務(wù)，并在此過(guò)程中通過(guò)自學(xué)習不斷改進(jìn)控制方法。

我們并不懷疑這一切將會(huì )發(fā)生，尚不明確的只是何時(shí)會(huì )變成現實(shí)。