市民文化大讲堂 | 梅涛：仿生机器人研究与发展

随着人工智能和机器人技术的迅猛发展，创造仿生智能“伙伴”已经从科幻小说走进现实。目前，仿生机器人的研究与发展情况如何？仿生机器人未来又会怎样影响我们的日常生活和工作？8月3日，深圳《市民文化大讲堂》联合深圳市高层次人才联合促进会特别推出“高层次人才讲科普活动”之仿生机器人研究与发展讲座，为市民带来一堂精彩的科普讲座。

此次演讲嘉宾为广东省人工智能与机器人学会副理事长、深圳市高层次人才联合促进会副会长梅涛。

仿生为创新提供很多借鉴

到底什么是真正科学意义上的仿生？梅涛解释说，人类的创新来自两个方面：一是生产实践，不断改进我们的工具和方法；另一种是向自然界学习，在人类的进化过程中，人发明工具和机械，很大一部分就是通过仿生来实现的。

梅涛表示，仿生作为一个学科的定义，学界公认是1960年在美国召开的一次全美仿生学大会，会上对仿生学进行了定义——仿生学是研究模仿生物系统方式，或是以具有生物系统特征的方式，或是以类似于生物系统方式的一种系统科学。从科学研究的角度来讲它是一个起点。在中国，仿生学的定义源自2003年国家基金委专门召开了一次香山会议。会上，时任中国科学院院长的路甬祥院士指出，仿生学是研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。

仿生学的意义在哪里？梅涛认为，地球生物经过了35亿年的进化，“物竞天择，适者生存”，形成生物的多样性。在各种条件下能够生存的机械结构，包括机器人，给我们创新提供了很多借鉴。具体说，就是将生物在复杂环境下的感知、判断、捕食、伪装、躲避能力以及适应机制作为传感、判断、控制、隐身、环境适应等技术的最好学习对象。它为我们提供了学习的榜样。

“脑与神经系统的结构与功能是认知和研究智能机器的最好示范。”梅涛说，现在的神经网络深度学习、大模型等一系列的新的智能算法、智能的方法出现，其实都可以看作这是对人类脑的这种功能的模仿。仿生科学是无止境的前沿，因为我们对生物的认知也在不断地深入。同时我们要去模仿它，无止境地去追求。所以现在正向着微观、系统、智能、精细、洁净等方向发展。重视并创新仿生学，是提升我国原始创新能力的一个重要途径。

仿生学要“知其然”更要“知其所以然”

自然界生物有很多特异功能值得人类模仿，梅涛举例说：比如猫头鹰俯冲猎食悄无声息，原因在于它毛里的微纳结构很特殊，能够降噪；沙蚁在沙漠中识别环境找到洞穴，靠的是复眼中的纳米光栅，对太阳照到地面的偏振光进行角度测量；壁虎趾面成千上万根毛，其顶端又有上千个纳米级的毛，跟接触面产生巨大吸力……

“传统的仿生学是功能上的仿生，还有一种是结构仿生。随着科学家对生物、微纳结构的研究，我们发现很多生物的特殊现象跟它里面的微纳结构相关，甚至到细胞级这个层次相关。这个时候就发展到机理仿生。”梅涛说，未来的发展，再进一步就是像生物的分子、细胞的微结构、微组织的模仿。用人造的材料做出跟生物一样的生物结构出来，这个时候我们就讲这是组织仿生。目前这个工作是属于最前沿的阶段，都是在探索之中。

仿生学的方法论基本有四个阶段。梅涛认为，首先是原理，即生物功能的机理与仿生学原理。我们有想法还要有办法，就是要“知其然”，还要“知其所以然”，把它制造的方法剖解，至少一部分的场景做出来。最后，满足我们各种各样特殊的要求，把这个系统给它造出来。

梅涛以整个仿生爬壁机器人等机器人的研究思路来说明，怎么样把仿生的方法和技术跟微纳制造的技术相结合，然后来做出有这种特异功能的以微纳结构为特征的机器人。