推荐单位：北京电子学会 科研代表：王志华 转化作者：张科

在2020国际自主智能机器人大賽中，机器人在赛道上跨越障碍，向终点进发。它们不需要选手操控，而是自主调整动作和姿势，自主前进，它们看起来会观察、能跑、能跳，有的还会翻滚。据大赛执行主席、清华大学微电子学研究所教授王志华介绍，他们曾经试图在2020年挑战赛规则中设计考察机器人复杂环境下的语音识别能力，也就是说要让机器人根据选手的语音指令运动，但实际上在比赛的强噪音环境下，让机器人精准识别主人说话，还是相当困难的。但在未来的赛事中，也许有选手能用新的算法解决这个问题，这一模块将相当有应用价值。本次大赛主要考察机器人的观察能力，准确识别障碍并精准规划行走路线是安稳通向终点的关键，这需要机器人将敏锐的观察和灵活的动作相结合。

机器人身上的图像传感器可以说是机器人的“眼睛”，对障碍的观察全靠这双“眼睛”。近年来，随着应用的需要，CMOS图像传感器的市场规模增长迅速，其市值也大幅增长，而它仅仅是机器人的一个器件。王志华表示，随着应用的驱动，机器人身上还有很多科学、技术、商业价值等方面的“金矿”值得深挖。

走近大赛的载体——人形行走机器人

目前，人类已经研发出各种各样的机器人来满足生产和生活的需求，有的机器人行为是受限的，例如，有的工业机器人只能在有限的轨道上运作，有的机器人的机械手只能在有限空间里运动。还有一类机器人行为不受限，它们可以自由运动。此次比赛选用的是行为不受限的人形行走机器人。相比于依靠轮子运动的机器人，人形行走机器人运动速度慢，但其平衡性和对运动姿态的控制更好。

此次大赛使用的智能机器人，在比赛现场不需要人为控制，没有连接手机、也没有连接任何导线，它们依靠选手事先编写好的程序在赛道上“过关斩将”，而且如果机器人摔倒了，选手也不能去扶，只能让它们自己站起来。

机器人自主在赛道上前进需要哪些技术支撑呢？首先，机器人需要电路的支撑，电路是机器人的主控，机器人的运动也依靠电路;其次，机器人需要操作系统和编程，这就涉及编程语言和编程环境;最后，机器人要能“看清”赛道上的障碍，这需要其具备图像处理能力，需要图像处理算法对边缘等进行检测。总的来说，机器人的运行依靠硬件和软件的结合，需要提供视觉的摄像头、控制姿态的加速度计和陀螺仪等传感器，需要驱动动作机构实现机器人运动控制的运动控制板，还需要MCU、GPU、FPGA、TPU等处理器。

此次大赛官方提供可用于参赛的两款机器人是幻尔的AINEX PRO和乐聚的AELOS PRO，它们都搭载了高清摄像头、自由云台、舵机控制器、大容量锂电池、高精度数字舵机等。两款机器人在性能数据上基本没有太多差别，CPU都是1.5GHz 4核ARM-A72X4性能，幻尔的机器人有18个自由度，乐聚的机器人有17个自由度，幻尔的机器人内置了1个摄像头（在头部），乐聚的机器人内置了2个摄像头（在头部和胸部）。

应用驱动机器人相关技术的创新与创业

应用需求使技术不断进步，驱动创新与创业。王志华提到，从胶卷消失的过程可以清楚地看到这一点，电影胶卷的使用非常早，但它后来被光电器件替代了，这几乎颠覆了整个行业。受到数字成像技术的冲击，2012年1月，成立于1880年、曾经辉煌了100多年的柯达公司正式申请破产保护。这背后是以胶卷为代表的传统成像技术因成本高、设备笨重、不易永久保存和查看困难等而被新技术取代的过程。

“杀死”胶卷的技术其实就是图像传感器和数码相机，这是出于对更加便捷的成像技术的需要，而进行的创新研究。从1921年爱因斯坦因发现和解释了光电效应而获得诺贝尔奖以来，48年后的1969年，科学家Willard S. Boyle和George E. Smith发明了首个成功的电子成像技术产品，他们利用的是数字传感器电荷耦合器件。值得一提的是，Willard S. Boyle和George E. Smith于2009年也获得了诺贝尔奖。1991年，基于光电器件，柯达公司推出第一款数码照相机DCS100，其价格高达13000美元，需要2.5千克的电池来驱动，而它只能照出不到百万像素的照片。现在看来，它似乎是一个很傻的东西，但它却发展演变出一个100亿美元的产业来。在2020国际自主智能机器人大赛设定的机器人竞技平台上的某个应用，经历技术难关的攻克，也许未来也能创造出一个百亿美元的市场。

此次大赛使用的机器人，其“眼睛”——传感器就是由兴趣驱动开始、由应用驱动终止的器件，它创造了一个巨大的市场。CMOS图像传感器的市场规模增长迅速，预计将从2015年的103亿美元增长到2021年的188亿美元。其发展离不开新应用的推动。在移动设备和汽车应用的驱动下，2015—2021年，CMOS图像传感器产业的复合年增长率为10.4%。而CMOS图像传感器仅仅是机器人平台的一个器件，可以想象，在机器人这样的平台有多少“金矿”值得深挖，这个“金矿”可能是科学上的发现，可能是技术上的进步，也可能是商业价值的创造。