类脑智能机器人: 仿生机构与感知控制

类脑智能机器人: 仿生机构与感知控制brain-inspired intelligence robot: bionic mechanism and perceived control
类脑智能机器人首先涉及到的是机器人的仿生机构和感知控制，而仿肌肉驱动器是其中的重要部分，这些仿肌肉驱动器可以省却齿轮、轴承，避免复杂的结构，同时减轻重量，具有更好的应用效果。如 Shahinpoor 等人[7]用 4 片重 0.1g 的人工肌内材料 IPMC 作手指组成的机械手，在 5 V 的电压下提起了10.3g 的石子,所需功率为 25 mW。如用传统机械装置实现这个动作,其机构将非常复杂。
虽然自20世纪60年代以来，日本以及美国DRAPA等机构不断进行仿肌肉驱动器的研究，但还是随着近10年材料和新型传动系统的发展才真正实现一系列的突破。目前制作的仿肌肉驱动器可以分为材料类、机械类和生物类。材料类的仿肌肉驱动器主要代表有形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）、电致收缩聚合物（Electroactive Polymer，EAP）、压电陶瓷（PiezoelectricTransducer，PZT）、磁致收缩聚合物、功能凝胶、液晶收缩聚合物等。此类仿肌肉驱动器的共同特点是模拟动物肌肉收缩产生力这一工作特性，利用材料在不同的外部控制下，如电压、电流、pH 值等，材料内部的成分发生物理变化，产生形变和力。机械类的仿肌肉驱动器，主要代表有气动人工肌肉（Pneumatic Artificial Muscle，PAM）、液压人工肌肉（Hydraulic Artificial Muscle）、电致收缩器、磁致收缩器等，其中由波士顿动力研制的Atlas 类人机器人就采用了液压人工肌肉。不同于材料类仿肌肉驱动器，机械类仿肌肉驱动器都是结构发生变化，产生收缩和力。生物类的仿肌肉驱动器目前尚处于实验室研制阶段。
除了具有仿生结构和仿生运动能力，类脑智能机器人还以脑科学和神经科学的研究为基础，使机器人以类脑的方式实现对外界的感知和自身的控制。人的运动系统由骨骼、关节和肌肉组成，相关的肌肉收缩或舒张由中枢神经系统与外周神经系统协同控制。以类脑的方式实现感知与控制的一体化，使得机器人能够模仿外周神经系统感知、中枢神经系统的输出与多层级反馈回路，实现机器人从感知外界信息到自身运动的快速性和准确性。
虽然，将神经系统和仿生机器人相结合进行研究，还只是处在初步阶段，但已经建立的脑网络模型，以及运动神经和各种运动控制上的一系列研究成果，已为类脑智能机器人的感知与控制回路的进一步研究奠定了很好的基础。
与类脑智能机器人密切相关的技术，如脑机接口、神经假体等，近几年也取得了积极的进展。脑机接口可以使计算机从大脑神经活动获知人的行为意向，其关键在于神经解码，将大脑的神经信号转化为对外部设备的控制信号，其又分为侵入式脑机接口和非侵入式脑机接口。其中侵入式脑机接口能在瘫痪病人的大脑运动区植入电极阵列，提取人的运动意向从而控制机械手臂的动作；非侵入式脑机接口是用紧贴头皮的多个电极采集大脑脑电图（EEG）信号从而控制机械臂或飞行器。而在神经假体方面，美国 DARPA 正投资研发一种芯片，通过植入该芯片可以帮助脑部受伤的人恢复记忆，并干扰甚至消除一些不愉快的记忆（如战争记忆）。
尽管脑机接口和神经假体等方面的研究还有很大的提升空间，但已有的研究成果为类脑智能机器人的研究提供了很多的借鉴。