中大團隊為機器人「植皮」，突破人工智慧發展困境

在好萊塢科幻大片中，「機器人」是一個重要題材。電影中，機器人在外貌上和人類別無二致：他們的眼神一樣會顧盼流連，他們的皮膚一樣是細膩柔軟、觸覺敏銳，他們的形象足夠以假亂真。隨著無數科研工作者一點一滴的不懈努力，或許在不遠的未來，我們就能看到它們從文藝工作者的藝術創想走向現實。電子與信息工程學院王凱教授團隊就是這樣一群致力於把機器人從電影「拉進」現實的科學家。自2014年起，王凱教授團隊的博士生李偉偉和碩士生馮肖在王凱教授的指導下開展「機器人電子皮膚」的研究。2017年，該項目在中國機器人及人工智慧大賽中獲得了「機器人創新比賽項目」一等獎。

電子皮膚的廣闊前景

人工智慧發展困境與「電子皮膚」

▲王凱教授帶領學生參加國際顯示技術會議

人工智慧（Artificial Intelligence）出現於上世紀50年代，新世紀以來，人工智慧頻繁出現在大眾視野中，前有谷歌阿爾法狗（Alpha Go）打敗李世石、柯潔，後有機器代寫行研報告進軍金融界。面對人工智慧的大熱門，王凱教授卻從專業角度保持清醒和冷靜的認知：目前人工智慧雖然取得了一定成就，但是其背後需要強大的超算中心的支持，功耗非常大，這導致人工智慧難以普及。要突破這種困境，需要從硬體入手，讓機器人在構造上更像人，讓它們具有和人腦一樣可以處理多項事務的大腦，讓它們的肌肉和人體肌肉一樣靈活有力。

「機器人電子皮膚」也屬於這種硬體研究，其本質是作為感測器終端，採集大量數據並傳送到「大腦」集中處理，從而促進人工智慧，特別是觸覺智能的發展。與之相關的兩個直接參數是力和溫度，研究的第一個階段就是讓電子皮膚可以感知溫度、力度、形狀；第二個階段是讓電子皮膚感應材質、軟硬以及最終實現觸覺智能識別，目前王凱教授團隊的研究正處於第一階段。

電子皮膚的應用前景巨大，所有需要與人互動的機器人都需要應用電子皮膚，如仿生機器人、護理機器人等，最主要的市場是健康醫學和可穿戴電子領域。王教授介紹了著名的達芬奇手術機器人，醫生在使用這種機器人進行手術時，視野更清晰，操作更穩定精準，但美中不足的是機器人無法感知力度大小，醫生進行手術時缺少了傳統手術中的「手感」，只能通過視覺和經驗判斷。如果達芬奇機器人可以使用電子皮膚，那麼它就可以感知力度，醫生在操作時也會更加得心應手。

研究路上多磨礪

「機器人電子皮膚」的研究並不是一帆風順的。電子皮膚對感測器等器件的體積和性能有很高的要求，如何在提高靈敏度的同時將器件小型化和陣列化，給研究人員帶來了更大的挑戰。而且，為了模擬現實皮膚的柔軟性，研究人員必須在研究過程中不斷尋找合適的材料並改進設計，將溫度和壓力感測器集成到柔性材料上。此前的研究中，王凱教授團隊曾使用玻璃作為襯底，這種硬質材料雖然處理難度較低，但是並不能完美模擬皮膚的柔軟度，後來科研團隊才一步步把感測器做到柔性材料上。

這次參加比賽，李偉偉和馮肖同學一方面展示了團隊的研究成果，另一方面也進一步看到了電子皮膚在未來應用的廣闊前景。賽後，一位生產商邀請他們參觀了自己生產的仿人機器人，這些機器人在外表上與人類皮膚非常相似，但是不具備交互能力，一旦有人和它們互動，它們的身份就會「露餡」。如果電子皮膚可以應用到這些機器人上，它們就能通過皮膚感知到外界信息進而實現表達和交互。一切努力終將獲得回報，能將研究用於現實，正是這些科研人員最高興的事情。

▲王凱教授課題組李偉偉同學向評委介紹電子皮膚技術方案

好團隊是怎樣煉成的

注重溝通和團隊協作

「機器人電子皮膚」項目開始於2014年，那一年，李偉偉還是博士一年級新生。在王凱教授詳細地向他介紹了電子皮膚項目的設計理念、個人理解以及項目前景等信息之後，李偉偉欣然決定加入，一路見證了項目從無到有的建設過程。兩年後，碩士研究生馮肖加入實驗室，王凱教授了解到他原本想從事能量採集方面的研究，於是給他分配了和能量採集有些類似的「機器人電子皮膚」項目。

王凱教授帶領的實驗室名為iSENSE，顧名思義，與感測相關。在帶領實驗室時，王凱教授特別注重溝通，他總是非常願意了解學生的想法，而不是把自己的意願強加在學生身上，這從李偉偉和馮肖進實驗室的過程就可見一斑。他也希望團隊成員善於和同事、同學交流，因為良好的溝通才能增強團隊凝聚力，提高科研的效率。

▲王凱教授（中）與團隊成員

iSENSE實驗室有6名博士生、9名碩士生，共15人。王凱教授非常重視學生的團隊精神，這15人中沒有一個人是單獨負責某一項目的，所有項目都是團隊協作。

「論文-專利-樣機」模式

王凱教授對學生的關心並不影響他對學生的嚴格要求。一般的大學實驗室只要求學生髮論文，但在iSENSE，學生不僅要發論文，還要寫專利，並且在畢業時進行樣機展示。從論文到專利再到樣機，研究成果的可行性一步步被驗證，這對於工程應用研究是非常重要的。如果一項研究只進行到論文階段，還不能說明研究成果是可行的，只有真正做出樣機，從理論落實到實際上，才能證明其可行性。這種「論文-專利-樣機」的人才培養模式對學生的能力提升非常顯著，不僅從實踐中學習，而且也讓他們養成了追求可行性的習慣，不僅停留在理論層面。

王凱教授團隊目前正在進行的項目除了電子皮膚以外，還有可穿戴感測、指紋識別、X射線成像。這三個項目的應用前景都不錯。可穿戴設備主要監控血壓、血氧、心率等參數的動態變化，從而對慢性病進行長期監控；也可以通過測量脈搏波形，為中醫脈診研究提供參考，推進中醫現代化。

▲王凱教授向IBM工程師講解感測技術

指紋識別項目研究的是集成於顯示屏內的指紋採集和識別，把指紋識別感測做到顯示屏里，這樣一來手機上就可以不用專門為指紋識別留出位置，大大節省了空間，並可以實現多手指指紋識別，進一步提高安全性。X射線成像項目主要是研究低劑量的X射線成像，可以用於對劑量比較敏感的場合，如對兒童、孕婦的X射線成像。當這些項目取得成果之後，就可以直接應用於相關產業，既能促進產業發展，又能推動科研前進。

結緣中山大學

想做科研？先接地氣

王凱教授2008年在加拿大滑鐵盧大學獲得電子與計算機工程博士學位，並且留在加拿大開展博士後研究工作，2011年，他進入美國蘋果公司，參與研究蘋果產品上的觸摸式感測器。

兩年後，他回到祖國，加入了中山大學。在科研生活中，他時刻惦記著「產業」二字，這種習慣要歸功於他在蘋果公司的那段工作經歷。一名沒有在工業界工作過的科研人員在設計課題時可能只會考慮創新性，但是有工業界經驗的人會進一步考慮到課題的可行性和最終產業化的可能性，考慮到研究成果能否在5到10年內在工業界得以應用。有的課題雖然熱門，但是在產業化方面有很大難度，工業界沒有興趣落實，那麼這種研究只能留在理論層面，永遠走不出實驗室。

工業界的經驗讓王凱教授了解到什麼是工業界做不了的、什麼是工業界不想做的，從而能夠更好地設計課題，甚至在課題設計時從工業界出發，先了解工業界的痛點、困境，再抱著解決工業界實際問題的目的進行科研。

學科未來會更好

2017年，中大共有11個學科進入「雙一流」名單，電子科學與技術就位列其中，並且處於全國前列。今後5年，學校可以藉助「雙一流」大學學科建設的政策支持，加大對電子科學與技術學科的支持力度，尤其是具有原始創新性的技術和項目。王凱教授認為，中山大學地處廣東，靠近產業，應該牢記對地方的責任和使命，學校可以從政策上和物質上支持和產業密切相關的、有產業化前景的學術科研活動，主要是面向電子工業和信息產業的應用研究，支持一批技術走出實驗室。

在短短兩個小時的訪談中，王凱教授和兩位研究生的真誠、踏實和專業給記者留下了非常深刻的印象，兩位研究生雖然靦腆內斂，但是一旦談及專業知識，就馬上神采飛揚、滔滔不絕。採訪結束後，記者參觀了iSENSE實驗室，「高精尖」設備排列有序，令人大開眼界，也讓人更期待王凱教授團隊在未來的研究成果，更期待中山大學電子科學與技術學科在未來的發展和進步。

人物簡介

王凱，中山大學電子與信息工程學院教授，博士生導師，學術帶頭人；中山大學「百人計劃」引進人才；科技部重點研發計劃項目課題負責人；國家自然科學基金面上項目和廣州市重大科技專項項目負責人；美國卡內基梅隆大學電子與計算機工程系兼職教授；曾任職蘋果公司擔任高級硬體研發工程師，主要負責人機界面相關技術的研發；曾先後以項目負責人/科學家身份主持和參與了加拿大NSERC博士後基金和CIHR-NSERC聯合基金等；近年來發表30餘篇SCI學術論文，40餘篇EI學術論文，受邀國際會議報告10餘次，申請或授權專利20多項。

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