機器人不是萬能的，這十個方面它們還無能為力

來自專欄 非標機械設計

隨處可見的機器人很容易讓我們產生一個錯覺：機器人已經進入千家萬戶，在我們的生活中無處不在。然而，現實就是，機器人的普及仍然面臨重重障礙，近日，《科學機器人》（Science Rrobotics）雜誌列舉了機器人技術目前面臨的十個重大挑戰。

1、新材料和製造方案

機器人專家已經不再局限於用電動機、齒輪和感測器等製造機器人，開始嘗試使用諸如人造肌肉、軟體機器人技術以及將多種功能整合到一種材料中的新製造方法。但這些先進的製造方法大多數都是「一次性」的演示，很難將它們結合起來使用。

融合感應、移動、能量收集或能量儲存等的多功能材料可以讓機器人設計更高效。但是將這些不同的屬性組合在一台機器上，需要使用新的方法，將微尺度和大尺寸的製造技術相結合。另一個有希望的研究方向是可以隨時間變化而適應環境或自我治癒的材料，但這需要做更多的研究。

2、仿生機器人和生物混合機器人

大自然已經解決了機器人專家們正在努力解決的許多問題，因此許多人轉向生物學尋求靈感，甚至正努力把生命系統融入到他們的機器人中。但是，在複製肌肉的機械性能和生物系統自身提供能量的能力方面，仍然存在著很大的瓶頸。

人造肌肉已經有了很大的進步，但其魯棒性、效率、能量和功率密度仍有待提高。將活細胞嵌入機器人可以克服為小型機器人提供動力的難題，也可以將自我修復和嵌入式感測等生物特性嵌入機器人，不過如何整合這些零部件仍然是一個重大挑戰。儘管越來越多的「機器人動物」正在幫助人類解開大自然的秘密，但我們還有很多工作要做，比如動物如何在飛行和游泳等能力之間轉換，從而幫助人類建造多通道平台。

3、功率和能量

能量儲存是移動機器人的一大瓶頸。無人機、電動汽車和可再生能源的需求不斷增長，推動了電池技術的進步，但多年來，根本挑戰基本沒有改變。

這意味著，在電池開發的同時，要努力最小化機器人的用電需求，並讓它們獲得新的能源，使它們自己能夠從環境中獲取能量或通過無線方式向其傳輸能量，這是兩種極具前景的研究方向。

4、集群機器人

成群的簡單機器人組裝成不同的結構來處理不同的任務，這可能是用來替代大型的執行特定任務的機器人的一種更便宜、更靈活的方案。更小、更便宜、更強大的硬體，跟人工智慧結合可以讓簡單的機器人感知周圍的環境並進行溝通，從而模擬出大自然的群體中看到的行為。

但是，對不同規模的機器人群體最有效的控制方式還需要做更多的工作，因為小的群體可以集中控制，但是大的群體需要更加分散的控制。這些機器人還需要製造得更加魯棒，能夠適應現實世界的變化，並能抵禦故意或意外的傷害。此外，還需要對具有互補功能的非均勻機器人群進行更多的研究。

5、導航和探索

機器人的一個關鍵用途是探索人類無法到達的地方，比如深海、太空或災難區域。這意味著他們需要擅長於探索並在那些沒有地圖、且通常極為混亂和危機四伏的環境中導航。

其主要挑戰包括創建能夠適應、學習和從導航失敗中恢復的系統，並且能夠探索和識別新的發現。這需要高度的自主性，讓機器人能夠對自己進行監控和重新設置，同時能夠利用具有不同可靠性和準確性的多個數據源構建一個世界的圖像。

6、機器人的人工智慧

深度學習已經徹底改變了機器識別模式的能力，但這需要與基於模型的推理相結合，創造出適應性強的機器人，能夠在工作過程中學習。

這其中的關鍵之處在於創造人工智慧，讓它能意識到自身的局限性，還能學習如何學習新事物。創建能夠從有限的數據中快速學習的系統，而不是從深度學習所需要的數以百萬計的例子中學習，這一點也很重要。我們對人類智力的進一步理解將是解決這些問題的關鍵。

7、腦機介面

腦機介面將能夠對先進機器人假肢的無縫控制，但也證明了一種更快、更自然的方式來向機器人傳達指令，或者只是幫助他們理解人類的心理狀態。

目前大多數測量大腦活動的方法都極其昂貴又繁瑣，因此，在緊湊、低功率和無線設備上能起作用將非常重要。由於閱讀大腦活動的不精確性，它們也傾向於進行擴展訓練、校準和適應。而且，它們是否會勝過一些更簡單的技術，比如眼動追蹤或閱讀肌肉信號，還有待觀察。

8、社交互動

如果機器人要進入人類的生活環境，它們需要學會與人類打交道。但這非常困難，因為我們幾乎沒有具體的人類行為模型，而且我們很容易低估大自然的複雜性。

社交機器人需要能夠感知表情、語調等細微的社交線索，理解它們所處的文化和社會背景，並對與它們互動的人的心理狀態進行建模，以適應與人類的交流，無論是處於短期關係還是長期關係的過程中。

9、醫療機器人

醫學是機器人在不久的將來可能會產生重大影響的領域之一。增強外科醫生能力的機器人設備已在正常使用，但其中的一大挑戰在於在這樣高風險的環境中提高這些系統的自主性。

自主機器人助手需要能夠在各種場景中識別人體構造，並能夠使用態勢感知和語音指令來理解不同場景下的需求。在外科手術中，自主機器人可以執行手術流程中的常規步驟，讓外科醫生為病情更複雜的病人服務。

在人體內部運作的微型機器人也很有前途，但使用這種機器人仍有許多障礙，包括有效的傳輸系統、跟蹤和控制方法，更重要的是找到能夠改進現有方法的治療方法。

10、機器人倫理與安全

隨著前面的挑戰被一一克服，機器人將逐漸融入我們的生活，但這一進展也將產生新的倫理難題。最重要的是，我們可能會過度依賴機器人。

這可能會讓人類失去某些技能和能力，使我們無法在失敗的情況下控制局面。我們最終可能會把出於道德原因需要人類監督的任務委託給機器人，由此，人們在失敗的情況下便會把責任推卸給機器人。它還可以減少人們的自決權，因為人類的行為會發生變化，以適應機器人和人工智慧有效工作所需要的常規和限制。