自主探索未知环境的搜救机器人认知发育模型及其物理体现的研究

课题在认知机器人学和认知发育机器人学的理论体系中，基于生物学的认知和发育机理，面向搜救机器人及其未知环境自主探索问题，研究认知发育机制的形式化方法和计算模型，遵循物理体现原则，设计构造具有认知发育机能的搜救机器人物理实验系统，采用自底向上的研究策略，研究和实验自主探索认知活动中三种基础性的相互关联的认知发育机制：第一，研究和设计搜救机器人的内发动机系统；第二，在内发动机机制形成的基础上，研究搜救机器人的感觉运动系统协调机制；第三，在感觉运动系统协调机制形成的基础上，研究搜救机器人的自发探索活动，力求使搜救机器人通过认知和发育，渐进地形成和发展"感知－行动"能力，包括：渐进地形成和发展关于环境的动态认知图，渐进地形成和发展与环境交互的能力，渐进的形成和发展导航能力，从而，完全自主地将其导向特定的搜救场景。课题有助于设计和建造更加自主的搜救机器人，同时，有助于自主探索认知发育机理的认识和理解。

探索认知机理，理解认知机制，并把这种机制赋予人工系统或机器，是认知科学、人工智能、机器人学，以及神经生理学和心理学共同关心的课题。课题研究搜救机器人的自主搜救或自主探索问题。自主探索既是自主移动式机器人的基本任务，同时，又是自主移动式机器人的关键问题之一。课题力求赋予搜救机器人仿生的认知和发育机制，使搜救机器人渐进地形成和发展“感知－行动”能力，包括：渐进地形成和发展搜救机器人关于环境的动态认知图，渐进地形成和发展与环境交互的能力，渐进的形成和发展其路径规划及导航能力，从而，完全自主地将其导向特定的搜救场景。课题研究工作涉及：1）内发动机系统，2）“感觉－运动”协调系统，3）认知发育自动机，4）认知机器人的自探索机制，5）实验研究和物理体现。在有关内发动机的研究方面，课题建立了基于取向性的内发动机系统。在有关“感觉－运动”协调系统的研究方面，课题建立基于内发动机的“感觉－运动”认知发育系统，再现了维纳机器蠕虫的负趋光行为。在有关认知发育自动机的研究方面，课题设计了多种基于内发动机的认知发育自动机，包括操作条件反射式认知发育自动机和映射领域可自主收缩的认知发育自动机等。在有关认知机器人自探索机制的研究方面，课题建立了小脑与基底神经节协作的行为学习模型。在有关实验研究和物理体现方面，课题进行了认知搜救机器人自探索机制的实验，包括数字仿真实验、虚拟现实环境中的3D实验，以及基于桌面机器人的物理实验。为了进行有关搜救机器人自探索的物理实验（物理体现），课题设计构造了物理实验模型，包括仿昆虫的六足桌面机器人和桌面自平衡机器人，以及遥操作的搜救机器人。课题研究工作取得了有参考价值的实验结果。课题研究结果先后发表在《中国科学》、《Neurocomputing》、《Journal of Intelligent Learning Systems and Application》等国内外学术期刊上，由科学出版社出版相关专著1部，相关专利获得授权，相关遥操作搜救机器人系统在全国大学生“挑战杯”中获特等奖。在课题研究过程中，许多博士研究生和硕士研究生得到了培养和锻炼。课题研究进展有助于我们设计和建造更加自主的搜救机器人，同时，有助于我们对自主探索认知发育机理的认识和理解。