賽場上，它們是力壓群雄的冠軍選手，以智能算法突破競技極限；手術(shù)臺前，它們是無影燈下的“數(shù)字醫(yī)師”，以微米級精度完成復雜手術(shù)。舞臺上，它們是傳承古韻的國風樂手，指尖輕觸便奏響千年雅韻；生產(chǎn)車間里，它們還是打造大國重器的“幕后工匠”，助力北斗導航、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機器人，現(xiàn)在就讓我們一起走進清華園，揭開這些“鋼鐵俠”的神秘面紗。
“足球健將”Booster T1
今年3月，在德國舉行的RoboCup機器人世界杯公開賽成人組決賽中，清華火神隊以9: 0的壓倒性比分擊敗東道主德國Sweaty隊，贏得冠軍獎杯。
清華火神隊在比賽中。
火神隊由自動化系研究員趙明國創(chuàng)立，成員來自他的機器人實驗室。本次參賽的Booster T1機器人具備23個自由度，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)行人類的語音指令，還能精準選擇和操控不同顏色的小球成功完成開球、控球和射門等任務(wù)。
人形機器人的自由度最多也最復雜，“踢足球”可謂是檢驗具身智能的試金石。RoboCup是全球影響力最大的機器人競技賽事之一，成立于2004年的清華大學人形機器人足球隊長期參與RoboCup賽事并多次獲獎。
除了清華火神隊，由機械系創(chuàng)立的TH-MOS機器人足球隊，在2024年RoboCup機器人世界杯中國賽中獲得類人組冠軍。
“變形金剛”微型無線陸空兩棲機器人
它體長9厘米、重25克，是目前已知世界最小、最輕的微型無線陸空兩棲機器人，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)動器。該成果在4月18日晚在線發(fā)表于國際權(quán)威期刊《自然·機器智能》，該驅(qū)動器具備優(yōu)異的變形和鎖定能力以及較強承載特性。作為“可變形外骨骼”可用于集成傳感器、電機等功能元器件，進而構(gòu)建復雜的機器人系統(tǒng)。
處于地面運動模式下的微型無線陸空兩棲機器人。
利用此驅(qū)動器組裝成的微型陸空兩棲機器人，通過變形可跑、可飛、動作靈活，地面運動速度最高可達每秒1.6米，還能將任意變形形態(tài)隨時固定，像“變形金剛”般提升其環(huán)境適應(yīng)能力。
團隊還用10多個驅(qū)動器研制出一款高4.5厘米、重僅0.8克的迷你版“變形金剛”，未來這種微型陸空兩棲機器人可應(yīng)用于設(shè)備故障診斷及檢修、地質(zhì)及文物勘探等場景，替代人類執(zhí)行復雜危險環(huán)境下的多種任務(wù)。
“大國工匠”移動式混聯(lián)加工機器人
2025年3月，在中關(guān)村論壇上，機械系劉辛軍教授團隊研發(fā)的“移動式混聯(lián)加工機器人”入選論壇發(fā)布的19項重大科技創(chuàng)新成果。
移動式混聯(lián)加工機器人。
針對航天器大型構(gòu)件制造難題，劉辛軍團隊首創(chuàng)“手眼腦”協(xié)同原位加工模式，攻克了跨尺度測量、靜動態(tài)精度協(xié)同調(diào)控、高效柔性加工工藝等技術(shù)難題。
該機器人具備大范圍定位和局部精細加工能力，能應(yīng)用于北斗導航、載人航天、探月等國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)機器人
在醫(yī)療領(lǐng)域，航院鄭鋼鐵教授團隊與北京清華長庚醫(yī)院骨科與運動醫(yī)學中心潘勇衛(wèi)教授團隊共同研發(fā)了通用骨科手術(shù)機器人。該機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、脊柱置釘導航、長骨骨折遠端鎖定等覆蓋創(chuàng)傷與脊柱95%以上的術(shù)式。
骨科手術(shù)機器人。
團隊經(jīng)過近十年的研發(fā)工作，將骨科手術(shù)機器人中的核心零部件導航傳感器國產(chǎn)化，將產(chǎn)品成本減少到同類產(chǎn)品的50%、精度提高70%，配合團隊自主研發(fā)的骨科機器人置釘專利，在手術(shù)過程中不會對患者造成二次傷害。
該產(chǎn)品的誕生標志著國內(nèi)手術(shù)機器人國產(chǎn)化率和自主程度更進一步的提高，有效地推動國產(chǎn)骨科手術(shù)機器人的普及，促進優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉及手術(shù)標準化。
“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……做這些動作的不是人的手，而是一只“靈巧手”。
靈巧手工具使用能力展示。
2024年9月9日，在珠海“模數(shù)空間”啟用儀式上，計算機系孫富春教授團隊展示的“五指觸感靈巧手”吸引了大家的目光，這是人形機器人的關(guān)鍵部件，已在多個領(lǐng)域應(yīng)用。
“機器人是自動化的‘最后1公里’，靈巧手是機器人‘最后的1厘米’。”基于這樣的判斷，孫富春帶領(lǐng)團隊開發(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、觸覺感知五指手、假肢手等。
靈巧手的應(yīng)用非常廣泛，可用于機器人、自動化行業(yè)及航天領(lǐng)域等，還可用于殘疾人的假肢設(shè)備，增強他們的生活自理能力。團隊研發(fā)的觸覺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，人工智能研究院智能機器人中心研發(fā)的新一代靈巧手，可感知4個模態(tài)包括視覺、壓觸覺、視觸覺、聲音和位置，在國際上處于領(lǐng)先水平，目前已在國內(nèi)30多家單位應(yīng)用。
“越野達人”跑酷機器人
跑酷作為一種極限運動，對參與者的身體感知、手腳協(xié)同控制能力和敏捷性提出了很高的要求，對于機器人來說，跑酷則更是一個巨大的挑戰(zhàn)。
人形機器人跑酷學習。
交叉信息研究院助理教授趙行團隊致力于研發(fā)一種新穎的系統(tǒng)，旨在訓練機器人掌握一個通用的視覺跑酷策略。該策略不借助任何參考動作，即可自主實現(xiàn)復雜環(huán)境下的靈活跨越。
通過這一策略，人形機器人能夠輕松應(yīng)對各種跑酷挑戰(zhàn)，如從0.42米高的平臺上起跳、越過障礙以及跨越0.8米高的間隙等。該機器人還能在野外以1.8米/秒的速度奔跑，并在不同的復雜地形上保持穩(wěn)健的行走能力，以穿越具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實世界環(huán)境。
跑酷訓練推動了人形機器人在敏捷性、自主性以及多任務(wù)能力方面的發(fā)展，為未來人形機器人在搜索救援、娛樂表演以及日常生活中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
“古風樂隊”墨甲機器人
“墨甲”機器人樂隊是全球首支具有中國文化特色的機器人表演團體，由美院與未來實驗室聯(lián)合發(fā)起。
墨甲樂隊。
在這支機器人樂隊中，三位機器人樂師分別演奏竹笛、箜篌、排鼓三種中國傳統(tǒng)樂器。這支樂隊不僅在藝術(shù)層面實現(xiàn)了中國風格原創(chuàng)，還在技術(shù)層面取得了人工智能、機器人、音樂科技、造型藝術(shù)的突破性進展。團隊完成了多項機器人舞臺表演展項設(shè)計，相關(guān)設(shè)計方法在山東曲阜孔子博物館、洛陽應(yīng)天門遺址博物館、滄州中國大運河非物質(zhì)文化展示館等文博展館中得到了示范應(yīng)用。
從競技體育到生命科學，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出溫暖的科技內(nèi)核，越來越多機器人領(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，加速在機器人領(lǐng)域的創(chuàng)新研究，將前沿科技轉(zhuǎn)化為推動社會進步的力量，為中國機器人領(lǐng)域的發(fā)展注入新的動力。
