中大团队为机器人“植皮”，突破人工智能发展困境

在好莱坞科幻大片中，“机器人”是一个重要题材。电影中，机器人在外貌上和人类别无二致：他们的眼神一样会顾盼流连，他们的皮肤一样是细腻柔软、触觉敏锐，他们的形象足够以假乱真。随着无数科研工作者一点一滴的不懈努力，或许在不远的未来，我们就能看到它们从文艺工作者的艺术创想走向现实。电子与信息工程学院王凯教授团队就是这样一群致力于把机器人从电影“拉进”现实的科学家。自2014年起，王凯教授团队的博士生李伟伟和硕士生冯肖在王凯教授的指导下开展“机器人电子皮肤”的研究。2017年，该项目在中国机器人及人工智能大赛中获得了“机器人创新比赛项目”一等奖。

电子皮肤的广阔前景

人工智能发展困境与“电子皮肤”

▲王凯教授带领学生参加国际显示技术会议

人工智能（Artificial Intelligence）出现于上世纪50年代，新世纪以来，人工智能频繁出现在大众视野中，前有谷歌阿尔法狗（Alpha Go）打败李世石、柯洁，后有机器代写行研报告进军金融界。面对人工智能的大热门，王凯教授却从专业角度保持清醒和冷静的认知：目前人工智能虽然取得了一定成就，但是其背后需要强大的超算中心的支持，功耗非常大，这导致人工智能难以普及。要突破这种困境，需要从硬件入手，让机器人在构造上更像人，让它们具有和人脑一样可以处理多项事务的大脑，让它们的肌肉和人体肌肉一样灵活有力。

“机器人电子皮肤”也属于这种硬件研究，其本质是作为传感器终端，采集大量数据并传送到“大脑”集中处理，从而促进人工智能，特别是触觉智能的发展。与之相关的两个直接参数是力和温度，研究的第一个阶段就是让电子皮肤可以感知温度、力度、形状；第二个阶段是让电子皮肤感应材质、软硬以及最终实现触觉智能识别，目前王凯教授团队的研究正处于第一阶段。

电子皮肤的应用前景巨大，所有需要与人互动的机器人都需要应用电子皮肤，如仿生机器人、护理机器人等，最主要的市场是健康医学和可穿戴电子领域。王教授介绍了著名的达芬奇手术机器人，医生在使用这种机器人进行手术时，视野更清晰，操作更稳定精准，但美中不足的是机器人无法感知力度大小，医生进行手术时缺少了传统手术中的“手感”，只能通过视觉和经验判断。如果达芬奇机器人可以使用电子皮肤，那么它就可以感知力度，医生在操作时也会更加得心应手。

研究路上多磨砺

“机器人电子皮肤”的研究并不是一帆风顺的。电子皮肤对传感器等器件的体积和性能有很高的要求，如何在提高灵敏度的同时将器件小型化和阵列化，给研究人员带来了更大的挑战。而且，为了模拟现实皮肤的柔软性，研究人员必须在研究过程中不断寻找合适的材料并改进设计，将温度和压力传感器集成到柔性材料上。此前的研究中，王凯教授团队曾使用玻璃作为衬底，这种硬质材料虽然处理难度较低，但是并不能完美模拟皮肤的柔软度，后来科研团队才一步步把传感器做到柔性材料上。

这次参加比赛，李伟伟和冯肖同学一方面展示了团队的研究成果，另一方面也进一步看到了电子皮肤在未来应用的广阔前景。赛后，一位生产商邀请他们参观了自己生产的仿人机器人，这些机器人在外表上与人类皮肤非常相似，但是不具备交互能力，一旦有人和它们互动，它们的身份就会“露馅”。如果电子皮肤可以应用到这些机器人上，它们就能通过皮肤感知到外界信息进而实现表达和交互。一切努力终将获得回报，能将研究用于现实，正是这些科研人员最高兴的事情。

▲王凯教授课题组李伟伟同学向评委介绍电子皮肤技术方案

好团队是怎样炼成的

注重沟通和团队协作

“机器人电子皮肤”项目开始于2014年，那一年，李伟伟还是博士一年级新生。在王凯教授详细地向他介绍了电子皮肤项目的设计理念、个人理解以及项目前景等信息之后，李伟伟欣然决定加入，一路见证了项目从无到有的建设过程。两年后，硕士研究生冯肖加入实验室，王凯教授了解到他原本想从事能量采集方面的研究，于是给他分配了和能量采集有些类似的“机器人电子皮肤”项目。

王凯教授带领的实验室名为iSENSE，顾名思义，与传感相关。在带领实验室时，王凯教授特别注重沟通，他总是非常愿意了解学生的想法，而不是把自己的意愿强加在学生身上，这从李伟伟和冯肖进实验室的过程就可见一斑。他也希望团队成员善于和同事、同学交流，因为良好的沟通才能增强团队凝聚力，提高科研的效率。

▲王凯教授（中）与团队成员

iSENSE实验室有6名博士生、9名硕士生，共15人。王凯教授非常重视学生的团队精神，这15人中没有一个人是单独负责某一项目的，所有项目都是团队协作。

“论文-专利-样机”模式

王凯教授对学生的关心并不影响他对学生的严格要求。一般的大学实验室只要求学生发论文，但在iSENSE，学生不仅要发论文，还要写专利，并且在毕业时进行样机展示。从论文到专利再到样机，研究成果的可行性一步步被验证，这对于工程应用研究是非常重要的。如果一项研究只进行到论文阶段，还不能说明研究成果是可行的，只有真正做出样机，从理论落实到实际上，才能证明其可行性。这种“论文-专利-样机”的人才培养模式对学生的能力提升非常显著，不仅从实践中学习，而且也让他们养成了追求可行性的习惯，不仅停留在理论层面。

王凯教授团队目前正在进行的项目除了电子皮肤以外，还有可穿戴传感、指纹识别、X射线成像。这三个项目的应用前景都不错。可穿戴设备主要监控血压、血氧、心率等参数的动态变化，从而对慢性病进行长期监控；也可以通过测量脉搏波形，为中医脉诊研究提供参考，推进中医现代化。

▲王凯教授向IBM工程师讲解传感技术

指纹识别项目研究的是集成于显示屏内的指纹采集和识别，把指纹识别传感做到显示屏里，这样一来手机上就可以不用专门为指纹识别留出位置，大大节省了空间，并可以实现多手指指纹识别，进一步提高安全性。X射线成像项目主要是研究低剂量的X射线成像，可以用于对剂量比较敏感的场合，如对儿童、孕妇的X射线成像。当这些项目取得成果之后，就可以直接应用于相关产业，既能促进产业发展，又能推动科研前进。

结缘中山大学

想做科研？先接地气

王凯教授2008年在加拿大滑铁卢大学获得电子与计算机工程博士学位，并且留在加拿大开展博士后研究工作，2011年，他进入美国苹果公司，参与研究苹果产品上的触摸式传感器。

两年后，他回到祖国，加入了中山大学。在科研生活中，他时刻惦记着“产业”二字，这种习惯要归功于他在苹果公司的那段工作经历。一名没有在工业界工作过的科研人员在设计课题时可能只会考虑创新性，但是有工业界经验的人会进一步考虑到课题的可行性和最终产业化的可能性，考虑到研究成果能否在5到10年内在工业界得以应用。有的课题虽然热门，但是在产业化方面有很大难度，工业界没有兴趣落实，那么这种研究只能留在理论层面，永远走不出实验室。

工业界的经验让王凯教授了解到什么是工业界做不了的、什么是工业界不想做的，从而能够更好地设计课题，甚至在课题设计时从工业界出发，先了解工业界的痛点、困境，再抱着解决工业界实际问题的目的进行科研。

学科未来会更好

2017年，中大共有11个学科进入“双一流”名单，电子科学与技术就位列其中，并且处于全国前列。今后5年，学校可以借助“双一流”大学学科建设的政策支持，加大对电子科学与技术学科的支持力度，尤其是具有原始创新性的技术和项目。王凯教授认为，中山大学地处广东，靠近产业，应该牢记对地方的责任和使命，学校可以从政策上和物质上支持和产业密切相关的、有产业化前景的学术科研活动，主要是面向电子工业和信息产业的应用研究，支持一批技术走出实验室。

在短短两个小时的访谈中，王凯教授和两位研究生的真诚、踏实和专业给记者留下了非常深刻的印象，两位研究生虽然腼腆内敛，但是一旦谈及专业知识，就马上神采飞扬、滔滔不绝。采访结束后，记者参观了iSENSE实验室，“高精尖”设备排列有序，令人大开眼界，也让人更期待王凯教授团队在未来的研究成果，更期待中山大学电子科学与技术学科在未来的发展和进步。

人物简介

王凯，中山大学电子与信息工程学院教授，博士生导师，学术带头人；中山大学“百人计划”引进人才；科技部重点研发计划项目课题负责人；国家自然科学基金面上项目和广州市重大科技专项项目负责人；美国卡内基梅隆大学电子与计算机工程系兼职教授；曾任职苹果公司担任高级硬件研发工程师，主要负责人机界面相关技术的研发；曾先后以项目负责人/科学家身份主持和参与了加拿大NSERC博士后基金和CIHR-NSERC联合基金等；近年来发表30余篇SCI学术论文，40余篇EI学术论文，受邀国际会议报告10余次，申请或授权专利20多项。