當算法智能和結構智能相結合，AI機器人會是什麼樣子？當機器人身處不同環境，能否變身，自主解決問題？

日前，南科大一則科研成果視頻引發關注。視頻中，一款新型類生物變胞機器人，在無需拆卸和重裝的情況下可實現爬行動物、節肢動物和哺乳動物等不同生物形式間轉換。它時而縮成一團，時而呈小狗狀、蜘蛛狀，能鑽進狹窄通道，也能攀爬階梯等障礙。有網友表示：「這是新一代變形金剛。」「『看我七十二變』被南科大實現了。」

近日，記者來到南科大機器人研究院，向英國皇家工程院院士、歐洲科學院院士、南科大機械與能源工程系講席教授、機器人研究院院長戴建生了解「變形金剛」誕生記。

變胞開創新領域，獲國際機械設計最高獎

變胞機器人由基於變胞理論創成的多種機構構型組成。變胞機構是指能在瞬時使某些構件發生合併、分離，或出現幾何奇異，並使機構有效構件數或自由度數發生變化，從而產生新構型的機構。就是人們口中常提到的「可塑性」。

在生態環境惡化加劇和自然資源日益緊缺的情況下，各類機器人與機械設備對機構可重構能力與變結構特性的要求不斷提高。這就需要對機器人骨架的機構進行創新設計，使其形態能夠隨意切換，具備執行多種任務的能力，實現一機多能，達到減少環境污染、能源消耗的效果。

據戴建生介紹，1998年，他從生物學原理提出「Metamorphic Mechanisms」，1999年與中國工程院院士張啟先共同確認其中文翻譯為「變胞機構」。2000年，戴建生又發表了關於變胞機構構態模型的文章，由此掀起了國內外對變胞機構和各種新機構研究的熱潮。2006年他提出可重構機構，在全球首屆IEEE國際可重構機構與可重構機器人大會上，開創了可重構機構新領域。2020年，戴建生獲得了國際機械設計最高獎：ASME機械設計最高獎，成為1958年以來該獎項的首位華人獲獎者，以表彰其為建立可重構機構領域和變胞機構子領域作出的奠基性貢獻。

如今，變胞機構與可重構機構已成為國內外機構學與機器人學領域的研究熱點。

突發奇想產靈感，學科交叉促融合

開啟變胞機構的研究，源於一個香水盒。1996年，戴建生在研究香水包裝盒摺疊形狀時，突發靈感，在生物演變原理基礎上，提出了變拓撲和變活動度的變胞機構。

「香水包裝花樣紙盒的造型能吸引不少消費者，但傳統生產線做不到外包裝的靈活裝配，只能打包成四四方方的紙盒。為提高生產效率，企業找到我，希望設計一款機器人——『靈巧手』，安裝在生產線上，實現香水花樣紙盒不同造型的自動包裝。」戴建生回憶到。「那時候，我辦公桌上堆滿了各種各樣的紙盒，每天我都打開再折，折了再打開。時間久了，我就想：為何不能用數學模型來描述這些『花樣紙盒』的軌跡？由於紙盒沒有數學模型，我就提出映射方法，把紙盒映射為一個機構，摺痕變成鉸鏈，紙板變成連杆。就這樣，鉸鏈連杆機構出爐了。再之後，我給出了點線圖和拓撲圖，提出了各種矩陣變換以舉證描述這一機構。」戴建生說。

在戴建生的電腦上，記者看到了當年包裝盒如山的辦公桌和靈巧手的雛形。用他的話說：「變胞機構來自藝術啟迪，生物學貫通，數學主導和實踐融合。這裡面既有設計學，生命科學和材料科學，也有數學和機器人學，不同學科相互交叉，激發了改變人類進步的動力。」

在南科大機器人研究院，記者還看到了變胞類人靈巧手、變胞足式機器人、仿生跨域六足機器人等各種發明。「1992年提出智能結構進化機器人以來，研究焦點始終停留在進化算法上，我們打算開闢一條新路，即在結構進化上下功夫，讓機器人在結構上更接近自然界萬物進化過程中所呈現的形態。」戴建生表示，「人工智能如何與機器人更好地結合？這離不開算法智能和結構智能的雙向奔赴，如果兩者都兼顧，那麼就完全實現了人工智能在物理世界的應用，機器人研究也將上個新台階。」

目光鎖定大灣區，鑽研合作創共贏

機器人領域的研究，戴建生做了34年，其中在變胞機構與可重構領域的鑽研就有二十餘年。如今，他將目光鎖定在粵港澳大灣區。

南科大機器人研究院成立於2017年10月，依托廣東省人體增強與康復機器人重點實驗室、深圳市智能機器人與柔性製造重點實驗實驗、深圳市仿生機器人與智能系統重點實驗室，利用高精尖技術平台優勢，重視科技應用與成果轉化，積極與國內外知名企業聯合搭建機器人研究與教育平台，探索機器人教育與機器人產業發展深度融合的新模式。目前，研究院有4名院士，41位教師涵蓋5個學院和11個系，擁有麻省理工學院、斯坦福大學、英國倫敦國王學院、瑞士聯邦理工、清華大學、中國科學院等國內外名校學習和工作經驗；研究院現已建立3個省市級重點實驗室，22個校企聯合實驗室，包括中建科技、大族激光、大寰機器人、優必選、大疆創新、華大基金等。

戴建生告訴記者，他的團隊正在研發變胞類人手和變胞多足機器人，其外形從節肢動物到爬行動物再到哺乳動物自由切換，有時可微小至毫米級，今年年底或明年有望推出。同時，不同造型和新產品也正逐步誕生。（深圳特區報首席記者 焦子宇）

頂圖：變胞機器人變成小狗的形狀。( 深圳報業集團記者 張郗郡攝)