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中共中央、国务院8日上午在北京隆重召开国家科学技术奖励大会。 党和国家领导人习近平、李克强、张高丽、王沪宁出席大会并为获奖代表颁奖。 我们非常荣幸邀请到东南大学仪器科学与工程学院院长、国家杰出青年科学基金获得者宋爱国教授。 主持的人机交互遥操作机器人力感知与反馈技术获得2017年度国家技术发明奖二等奖。

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时间：2018年1月9日

嘉宾：东南大学仪器科学与工程学院院长宋爱国

中国网：宋教授，欢迎来到我们的工作室。

宋爱国：主持人大家好，各位朋友。

中国网：首先，祝贺您在今天上午的国家科学技术奖励大会上荣获国家技术发明二等奖。 你研究的技术叫做人机交互遥操作机器人技术。 首先请大家介绍一下这项技术。 技术。

宋爱国：好的，我先给大家简单介绍一下什么是人机交互遥操作机器人技术。 每个人都非常了解机器人技术。 大家都明白，机器人就是长得像人的机器，可以代替人从事各种工作。 人机交互遥操作机器人是如何诞生的？ 那是在 1980 年代。 当时，由于传感技术、人工智能和控制技术的局限性，在很多环境下，我们的机器人并没有达到人类那么高的智能，那么我们该怎么办呢？ 我有很多工作需要机器人来代替人，比如核电站的危险环境，人不能去的环境，深海等等。这个时候，80年代，一个叫做人机交互技术的概念出现了在机器人领域提出的，就是人和机器人相互合作完成一些任务，即将人类的智能引入到机器人的控制回路中，实现人和机器人的协同工作。

这里的关键是什么？ 举个简单的例子，通过各种传感技术，首先检测人体四肢运动、头部运动等，让这些人体肢体运动的信息作为控制指令发送给机器人，机器人就会跟踪人类。 机器人的各种肢体动作，也就是人怎么动，机器人怎么动，机器人有视觉、力、触觉，把机器人所有的环境和交互感官信息反馈给人，并产生可观的 在虚拟现实环境中，很多感受直接影响到人，以至于在很多复杂的环境中，人可以决定如何走路，做什么动作，如何完成这样复杂的任务。 这种机器人被称为人机交互遥控机器人。 它实际上是把人作为人机循环中重要的决策环节，实现人机合一。

为什么当时会提出这种人机交互机器人技术呢？ 因为是美国在太空探索，比如火星探索、月球探索，在这么危险的环境或者人类难以到达的环境中，机器人可以大大降低成本，但是不管是火星环境好还是月球环境不错，环境提前。 我不知道，这非常非常复杂。 机器人在这种环境下无法做出正确的判断，所以他们提出，地面上的人和火星上的机器人或者月球上的机器人，通过人机交互技术，让人仿佛置身于月球环境中，那个机器人是我，我就是那个机器人，有点像电影《阿凡达》里的效果，机器人成了我的代理人。 比如我要观察一块石头或者搬一块石头，我在我这边，地面的人控制它搬石头。 当我做出这样的动作时，机器人也会做同样的动作。 同时，当它移动岩石时，抓取岩石的力感和触感都会得到反馈。 我在这里，就好像我在原地搬石头，或者我在月球上搬石头。 因此，人机交互遥控机器人具有非常广泛的应用范围。

现在的另一个应用是远程医疗。 医生是非常宝贵的资源，但是在很多小城市，他可能缺少这样有经验的医生。 但是，如果一个医生要去一个小城市给病人做手术，路途也是很辛苦的。 如果一个小城市的病人来到大城市，可能病房不够用。 通过人机交互远程操作，医生在北京，病人可能在河北唐山。 我用这个系统在唐山控制机器人给他做医疗手术。 就好像医生在现场动手术一样空间机器人及其遥操作，因为现场感、力感、触觉我都有。 感觉自己真的身临其境，给病人做手术，完成了远程医疗手术。

中国网：听你说的，我觉得很了不起。 他们显然是两个相对独立的个体。 另一方面，它是人机一体化的典范。 说到机器人，我不仅很感兴趣，相信广大网友也很感兴趣，而且在我们的日常生活中，比如家里的扫地机器人，也被广泛使用，我们也很好奇，到底是什么中国目前在机器人领域的机器人研究水平如何，国际水平如何？ 有什么样的发展？

宋爱国：目前我国机器人研究正处于黄金时期，因为我们国家政府高度重视，企业重视，各行各业都需要机器人来帮助人们提高工作效率，完成危险、复杂、或人为的任务。 你不想做的事情。 二十年前，我国的机器人技术研究还比较落后，但我国在863计划中将机器人技术作为关键技术进行了跟踪和支持，所以十年前我国的机器人技术有了很大的发展。 特别是2010年以后，由于我国政府的重视和企业的大力投入，我国的机器人技术发展非常迅速。 在许多领域，已经达到国际先进水平。 一些技术理论也做得很好。 比如机器人学中的人工智能，人工智能中的机器学习。 我国目前处于世界领先阶段。 可以看看国际人工智能机器人学习发展的论文和论文。 举个例子，我国已经稳居世界第一。

中华网：特别想问一下，今天上午你获得了国家技术发明二等奖，一定是在人机交互遥操作机器人方面取得了突破。

宋爱国：对。 我今天中标的这个项目，主要在三个技术方面有一些突破。 这一突破也来之不易。 其实也就是差不多20年的积累，主要体现在三个方面。

第一次人机交互遥操作主要涉及力-触觉传感器。 863计划实施时，力触觉传感器最初在国外被禁止使用。 在首批863计划中，机器人的六位力传感器和触觉传感器被作为机器人的核心关键技术。 因此，在第一批863计划中，这项研究内容就交给了我们实验室。 20多年来，我们解决了高精度多力传感器的设计和制造。 所以，我们现在的六位力传感器的精度和可靠性，在技术上，目前比美国ATI公司更先进。 在精度指标上，我们的精度在不去耦的情况下可以达到5%~7%，去耦的精度可以达到1%，比美国ATI公司高出大约3~4个百分点。

第二个关键技术我们解决了里面的力反馈技术，因为在人机交互遥操作机器人中，不仅要测量机器人的感觉，还要让它自然地作用于人. 让我举一个例子。 例如，在远程手术中，我远程操作医疗机器人。 比如在遥控过程中，我控制它用手术刀切病人。 医生必须能够感觉到手术刀。 切割力，所以我可以判断组织是否被正常切割，是否接触到其他组织。 这时，除了精确测量的相互作用力外，还有机器人切割时的切割力，并将这个力反馈给外科医生，让他准确地感受到力。 这称为力反馈技术。 在力反馈方面，我们现在的力反馈准确率也比国外的力反馈高两个百分点。 我们可以做到5%的准确率，而国外的准确率大概是7%到8%。

第三个关键技术是力控制。 针对人机交互力反馈遥操作机器人通信链路中的短时延（≤2秒）引起的不稳定问题，提出自适应阻抗匹配被动控制算法解决力反馈遥操作在人机交互中的问题。短时间延迟的情况。 作业机器人的稳定性和可操作性； 针对人机交互力反馈遥操作机器人通信链路存在较大时延（>2秒）导致的不稳定问题，提出基于虚拟预测环境的在线建模与修正力反馈遥操作控制技术解决力反馈遥操作机器人在大时滞条件下的稳定性和可操作性问题。

中国网：高两个百分点是什么概念？ 想要突破这两个百分点，需要下很大的功夫吗？

宋爱国：对，因为测量精度的关系，提高两个百分点并不容易。 因为涉及到多维力的测量和多维力的反馈，所以涉及到多维时存在严重的脱钩。 当时我们提出了一个结构，一个机械结构和一个控制算法，十多年后精度提高了2%到3%。 实际上，这意味着错误减少了 2% 到 3%。 丢一分是很难的。

我仍然可以用医疗手术机器人作为例子。 这点大家可能比较清楚。 通过这个设备，医生有了准确的力触觉反馈，我就知道组织有多硬了。 周围的组织应该更硬。 良性肿瘤可有包膜，恶性肿瘤一般无包膜。 您可以通过力-触觉反馈让操作员知道是否有胶囊或组织的硬度，甚至是通过设备的温度。 这个怎么样？ 因为肿瘤的温度比周围的温度高一点点，所以在医疗上我可以正确识别手术对象的特征或者需要手术的组织器官。 因此，力触觉反馈的准确性非常重要。 在远程环境或危险环境中提高医生或操作员的物理性能至关重要。

中华网：除了你刚才提到的探月领域，在核电领域，在医疗外科领域，还有没有其他广泛应用的领域，与我们老百姓息息相关的，以及我们可以真正感受到它。

国家技术发明奖二等奖获得者宋爱国教授接受中网专访 伦晓轩/摄影

宋爱国：它还有很多领域，比如教育领域。 我们现在正在与中兴通讯合作，共同开发一款具有力感和触感的遥控器。 中兴通讯拥有基于IPTV的教育系统。 该教育系统在江苏拥有超过10万用户。 这里有很多节目。 不仅可以看，还可以摸，在这里可以做一些虚拟实验，自己也可以做，真实的力感和触感。

第二，大家都喜欢网购。 网购是最常见最普遍的，但是比如我们看好一件衣服，觉得很好。 我们可以在网上看到，我们可以用手写笔翻过去看看它的情况，用虚拟人看看衣服穿起来怎么样，但是你可能会发现材质可能比较粗糙，不光滑，还是不太好，摸起来不舒服。 如果您觉得穿着不舒服，可以退货。 我们的技术让您在网上购物时不仅可以看到衣服，还可以亲手触摸衣服。 面料手感好吗？ 手感柔软舒适。 这样一来，你寄过去，你是不可能退货的。

中国网：就是说我们在网上用这个技术来识别，这个是假货还是正品？

宋爱国：可以说关键是你不仅能看到，还能摸到衣服的质感。

中国网：可以说这项技术已经辐射到了社会的方方面面。 它未来的发展方向在哪里？

宋爱国：从两个方面来说，一个是技术本身的研究前沿，一个是技术的应用现状和应用前景。

从人机交互遥操作机器人技术本身的发展前沿来看空间机器人及其遥操作，未来的发展是以神经信号为媒介。 《阿凡达》大家都看过了，最后我们会把它做的和阿凡达差不多。 我们使用脑电波和神经电信号来直接控制机器人。 同时，机器人的所有感官通过神经电信号进入人脑，从而通过神经为媒介实现对机器人的远程控制。 比如我只需要戴一个脑电帽，我只需要想我怎么动就可以了。 事实上，人们并不怎么运动。 如果我想我想怎么动，机器人就会按照你的想法动。 您可以使用脑电波直接控制机器人。

其次，机器人的所有感官都是通过脑电波进入你的大脑。 你我都可以完全感受到机器人所见所闻，而不是像我们现在这样使用手控器、力反馈数据手套等。 这些设备，这些物理设备给人的是力和触觉的刺激，然后直接通过电击的刺激，它去触碰东西，检测感官信号，通过电脉冲施加到人的神经通路上，产生同样的感觉，而最后居然真的跟阿凡达一样。 这是学术研究的前沿，将神经系统作为人与机器人交互的方式，人与机器人的交互都是通过神经的方式。

中国网：可以说你对这么多技术的研究成果感到非常自豪，你也很自豪。 今天上午你还获得了国家技术发明二等奖。 获奖后你最大的感受是什么？

宋爱国：因为获得技术发明奖其实是对过去20年工作的一个总结，一种肯定，这个奖也是对以后工作的一种激励，但是通过这个奖，我觉得我们在做的时候要注意两点做科研一方面，就是当时863说的顶天立地的精神。 什么是顶天？ 我们要走在学术前沿，要有创新，即瞄准学术前沿，走在学术前沿，引领学术前沿； 网站是什么？ 你的东西成熟之后，你要应用，你要有应用背景。 最重要的是什么？ 我们的研究需要解决国家和国民经济中的一些重大需求。 只有解决了国家重大工程中的重大问题和国民经济中的一些重大需求，你的研究才能得到充分实施。 所以我觉得研究一定要正，这两方面一定要抓好。 但是这个过程很长，因为首先要做出最前沿、最新的东西，同时一步步走向成熟，然后要突破关键技术，最后落地实际应用。 一般来说，这个周期很长。 对于我们的技术，我们花了十几年的时间，所以这十年我们要坚持。 我们要坚持，瞄准一个方向，不能半途而废。

中国网：做科研比较枯燥。 可能一半时间在家里，一半时间在实验室，可能还有一半以上的时间在实验室。 也就是说，一定要坚持刚才说的，相信这句话也是对年轻科研人员说的。 最后，请大家总结几句话，对青年科研人员的一些嘱托和一些寄语。

宋爱国：选择方向最重要。 该方向应以国家重大项目为重点，选择前沿学术方向。 这是一。 第二，要耐得住寂寞，长期坚持，就是不能浮躁。 在这个过程中你可能会遇到很多失败，包括我们研究中的很多失败，但是如果你坚持下去，很多问题就会慢下来。 会慢慢突破的。 另外，我觉得一定要有一些团队合作精神。 一个研究，一个系统的研究，其实需要很多人参与，需要很长时间。 我们的团队已经一起工作了十多年。 在这种情况下，必须要有良好的分工和团队合作精神。

中国网：你能忍受孤独和失败。 你今天的成功，也是在一次又一次的失败中积累起来的。 再次感谢宋教授与我们分享这么多技术。 谢谢你！

宋爱国：也谢谢主持人。

中国网：谢谢各位网友的收看，再见！

附录：人机交互遥控机器人力觉反馈技术简介

随着我国太空探索、核能利用、远程制造等领域的快速发展，迫切需要一种能够远程控制机器人在未知或危险环境中完成复杂任务的人机交互遥操作系统。 力的感知与反馈是人机交互遥操作机器人系统中极为关键的技术。 它检测并反馈机器人与环境相互作用的力信息给操作者，使操作者能够准确感知和识别操作对象，有效地远程控制机器人完成复杂的操作任务。

该项目历时 12 年。 在国家863计划、国家自然科学基金、航天研究院合作项目的支持下，突破人机交互遥操作力感知、力反馈、力控制三大关键技术机器人。 人机交互遥操作关键配套设备的研制成功，填补了国内空白，丰富和发展了我国人机交互遥操作机器人技术和系统。

该项目已获得国家发明专利授权54项，计算机软件著作权12项。 发表论文186篇，其中SCI收录96篇，论文被SCI引用820次。 相关成果获得2014年江苏省科技进步一等奖、2016年教育部技术发明一等奖、2010年国家知识产权局中国专利优秀奖、日内瓦国际发明奖2012、2013年度金奖等

该成果已应用于我国载人航天和探月工程，为“嫦娥三号”月面巡视远程作业任务和卫星在轨服务机器人远程作业任务提供技术和装备支持，为我国未来的空间站提供支持。 大型机械臂人机交互遥操作任务已完成全面地面试验验证。

该成果还应用于核反应堆和核电站工程，并在工业机器人、特种机器人、智能工程机械等领域得到应用或产业化，取得了显着的社会效益和经济效益。 近三年实现新增销售收入10.04亿元，新增利润2.07亿元。

编辑/文：童静

主持人：段兵

摄影：王一辰/董超

后期：刘凯

摄影：伦小轩

主编：郑海滨

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本期编辑：李照宇

本期校对：刘谦 返回搜狐查看更多

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