賽場(chǎng)上，它們是力壓群雄的冠軍選手，以智能算法突破競(jìng)技極限；手術(shù)臺(tái)前，它們是無(wú)影燈下的“數(shù)字醫(yī)師”，以微米級(jí)精度完成復(fù)雜手術(shù)。舞臺(tái)上，它們是傳承古韻的國(guó)風(fēng)樂(lè)手，指尖輕觸便奏響千年雅韻；生產(chǎn)車(chē)間里，它們還是打造大國(guó)重器的“幕后工匠”，助力北斗導(dǎo)航、載人航天、探月等重大工程。
它們就是清華師生打造的靈活多變的各類(lèi)機(jī)器人，現(xiàn)在就讓我們一起走進(jìn)清華園，揭開(kāi)這些“鋼鐵俠”的神秘面紗。
“足球健將”Booster T1
今年3月，在德國(guó)舉行的RoboCup機(jī)器人世界杯公開(kāi)賽成人組決賽中，清華火神隊(duì)以9: 0的壓倒性比分擊敗東道主德國(guó)Sweaty隊(duì)，贏(yíng)得冠軍獎(jiǎng)杯。
清華火神隊(duì)在比賽中。
火神隊(duì)由自動(dòng)化系研究員趙明國(guó)創(chuàng)立，成員來(lái)自他的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。本次參賽的Booster T1機(jī)器人具備23個(gè)自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)全向行走并擁有感知和定位功能，不僅能理解并執(zhí)行人類(lèi)的語(yǔ)音指令，還能精準(zhǔn)選擇和操控不同顏色的小球成功完成開(kāi)球、控球和射門(mén)等任務(wù)。
人形機(jī)器人的自由度最多也最復(fù)雜，“踢足球”可謂是檢驗(yàn)具身智能的試金石。RoboCup是全球影響力最大的機(jī)器人競(jìng)技賽事之一，成立于2004年的清華大學(xué)人形機(jī)器人足球隊(duì)長(zhǎng)期參與RoboCup賽事并多次獲獎(jiǎng)。
除了清華火神隊(duì)，由機(jī)械系創(chuàng)立的TH-MOS機(jī)器人足球隊(duì)，在2024年RoboCup機(jī)器人世界杯中國(guó)賽中獲得類(lèi)人組冠軍。
“變形金剛”微型無(wú)線(xiàn)陸空兩棲機(jī)器人
它體長(zhǎng)9厘米、重25克，是目前已知世界最小、最輕的微型無(wú)線(xiàn)陸空兩棲機(jī)器人，這是航院張一慧教授課題組自主研制的最小至幾毫米的微型驅(qū)動(dòng)器。該成果在4月18日晚在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《自然·機(jī)器智能》，該驅(qū)動(dòng)器具備優(yōu)異的變形和鎖定能力以及較強(qiáng)承載特性。作為“可變形外骨骼”可用于集成傳感器、電機(jī)等功能元器件，進(jìn)而構(gòu)建復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)。
處于地面運(yùn)動(dòng)模式下的微型無(wú)線(xiàn)陸空兩棲機(jī)器人。
利用此驅(qū)動(dòng)器組裝成的微型陸空兩棲機(jī)器人，通過(guò)變形可跑、可飛、動(dòng)作靈活，地面運(yùn)動(dòng)速度最高可達(dá)每秒1.6米，還能將任意變形形態(tài)隨時(shí)固定，像“變形金剛”般提升其環(huán)境適應(yīng)能力。
團(tuán)隊(duì)還用10多個(gè)驅(qū)動(dòng)器研制出一款高4.5厘米、重僅0.8克的迷你版“變形金剛”，未來(lái)這種微型陸空兩棲機(jī)器人可應(yīng)用于設(shè)備故障診斷及檢修、地質(zhì)及文物勘探等場(chǎng)景，替代人類(lèi)執(zhí)行復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境下的多種任務(wù)。
“大國(guó)工匠”移動(dòng)式混聯(lián)加工機(jī)器人
2025年3月，在中關(guān)村論壇上，機(jī)械系劉辛軍教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“移動(dòng)式混聯(lián)加工機(jī)器人”入選論壇發(fā)布的19項(xiàng)重大科技創(chuàng)新成果。
移動(dòng)式混聯(lián)加工機(jī)器人。
針對(duì)航天器大型構(gòu)件制造難題，劉辛軍團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“手眼腦”協(xié)同原位加工模式，攻克了跨尺度測(cè)量、靜動(dòng)態(tài)精度協(xié)同調(diào)控、高效柔性加工工藝等技術(shù)難題。
該機(jī)器人具備大范圍定位和局部精細(xì)加工能力，能應(yīng)用于北斗導(dǎo)航、載人航天、探月等國(guó)家重大工程的大型構(gòu)件制造，已在航天制造企業(yè)應(yīng)用于多種型號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)，解決了航天器艙體、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)等大型構(gòu)件的高效高精加工難題。
“數(shù)字醫(yī)師”骨科手術(shù)機(jī)器人
在醫(yī)療領(lǐng)域，航院鄭鋼鐵教授團(tuán)隊(duì)與北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院骨科與運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)中心潘勇衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)了通用骨科手術(shù)機(jī)器人。該機(jī)器人主要用于骨科創(chuàng)傷脊柱的置釘與固定手術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)傷、脊柱置釘導(dǎo)航、長(zhǎng)骨骨折遠(yuǎn)端鎖定等覆蓋創(chuàng)傷與脊柱95%以上的術(shù)式。
骨科手術(shù)機(jī)器人。
團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近十年的研發(fā)工作，將骨科手術(shù)機(jī)器人中的核心零部件導(dǎo)航傳感器國(guó)產(chǎn)化，將產(chǎn)品成本減少到同類(lèi)產(chǎn)品的50%、精度提高70%，配合團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的骨科機(jī)器人置釘專(zhuān)利，在手術(shù)過(guò)程中不會(huì)對(duì)患者造成二次傷害。
該產(chǎn)品的誕生標(biāo)志著國(guó)內(nèi)手術(shù)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化率和自主程度更進(jìn)一步的提高，有效地推動(dòng)國(guó)產(chǎn)骨科手術(shù)機(jī)器人的普及，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉及手術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。
“仿生藝術(shù)家”五指觸感靈巧手
端水杯、抓雞蛋、彈鋼琴、穿針引線(xiàn)……做這些動(dòng)作的不是人的手，而是一只“靈巧手”。
靈巧手工具使用能力展示。
2024年9月9日，在珠?！澳?shù)空間”啟用儀式上，計(jì)算機(jī)系孫富春教授團(tuán)隊(duì)展示的“五指觸感靈巧手”吸引了大家的目光，這是人形機(jī)器人的關(guān)鍵部件，已在多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。
“機(jī)器人是自動(dòng)化的‘最后1公里’，靈巧手是機(jī)器人‘最后的1厘米’。”基于這樣的判斷，孫富春帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)靈巧手，至今已歷經(jīng)多次迭代形成了多種靈巧手，如12自由度柔性手、剛性的二指手、觸覺(jué)感知五指手、假肢手等。
靈巧手的應(yīng)用非常廣泛，可用于機(jī)器人、自動(dòng)化行業(yè)及航天領(lǐng)域等，還可用于殘疾人的假肢設(shè)備，增強(qiáng)他們的生活自理能力。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的觸覺(jué)五指靈巧手具備多任務(wù)靈巧操作能力，獲得2024年首屆深圳靈巧手大賽冠軍。
同時(shí)，人工智能研究院智能機(jī)器人中心研發(fā)的新一代靈巧手，可感知4個(gè)模態(tài)包括視覺(jué)、壓觸覺(jué)、視觸覺(jué)、聲音和位置，在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平，目前已在國(guó)內(nèi)30多家單位應(yīng)用。
“越野達(dá)人”跑酷機(jī)器人
跑酷作為一種極限運(yùn)動(dòng)，對(duì)參與者的身體感知、手腳協(xié)同控制能力和敏捷性提出了很高的要求，對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，跑酷則更是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
人形機(jī)器人跑酷學(xué)習(xí)。
交叉信息研究院助理教授趙行團(tuán)隊(duì)致力于研發(fā)一種新穎的系統(tǒng)，旨在訓(xùn)練機(jī)器人掌握一個(gè)通用的視覺(jué)跑酷策略。該策略不借助任何參考動(dòng)作，即可自主實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的靈活跨越。
通過(guò)這一策略，人形機(jī)器人能夠輕松應(yīng)對(duì)各種跑酷挑戰(zhàn)，如從0.42米高的平臺(tái)上起跳、越過(guò)障礙以及跨越0.8米高的間隙等。該機(jī)器人還能在野外以1.8米/秒的速度奔跑，并在不同的復(fù)雜地形上保持穩(wěn)健的行走能力，以穿越具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境。
跑酷訓(xùn)練推動(dòng)了人形機(jī)器人在敏捷性、自主性以及多任務(wù)能力方面的發(fā)展，為未來(lái)人形機(jī)器人在搜索救援、娛樂(lè)表演以及日常生活中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
“古風(fēng)樂(lè)隊(duì)”墨甲機(jī)器人
“墨甲”機(jī)器人樂(lè)隊(duì)是全球首支具有中國(guó)文化特色的機(jī)器人表演團(tuán)體，由美院與未來(lái)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合發(fā)起。
墨甲樂(lè)隊(duì)。
在這支機(jī)器人樂(lè)隊(duì)中，三位機(jī)器人樂(lè)師分別演奏竹笛、箜篌、排鼓三種中國(guó)傳統(tǒng)樂(lè)器。這支樂(lè)隊(duì)不僅在藝術(shù)層面實(shí)現(xiàn)了中國(guó)風(fēng)格原創(chuàng)，還在技術(shù)層面取得了人工智能、機(jī)器人、音樂(lè)科技、造型藝術(shù)的突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)完成了多項(xiàng)機(jī)器人舞臺(tái)表演展項(xiàng)設(shè)計(jì)，相關(guān)設(shè)計(jì)方法在山東曲阜孔子博物館、洛陽(yáng)應(yīng)天門(mén)遺址博物館、滄州中國(guó)大運(yùn)河非物質(zhì)文化展示館等文博展館中得到了示范應(yīng)用。
從競(jìng)技體育到生命科學(xué)，從工業(yè)制造到文化藝術(shù)，這些看似冰冷的金屬肌理正在清華園里生長(zhǎng)出溫暖的科技內(nèi)核，越來(lái)越多機(jī)器人領(lǐng)域的創(chuàng)新成果在清華園中不斷涌現(xiàn)。清華師生不懈探索，拓展技術(shù)邊界，加速在機(jī)器人領(lǐng)域的創(chuàng)新研究，將前沿科技轉(zhuǎn)化為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的力量，為中國(guó)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展注入新的動(dòng)力。
