智能系统学报 第2卷 免疫系统的信息处理能力对计算技术的研究有很多 在此3层模型基础之上 重要的启发5劉.近年来，一些研究者基于遗传算法 免疫机器人的免疫控制由自然免疫系统启发而 提出了一些模仿生物机理的免疫算法，还有一些 来，免疫控制是建立在生物免疫机制和反馈机制以 学者研究了细胞组织控制系统与免疫机制的关 及自然计算的广义映射模型和一些复杂性定理基础 系).免疫算法已得到越来越多的应用，包括优化 上[2021].免疫控制是一种仿生控制，是人工免疫系 求解、杀毒、故障诊断、鲁棒控制、智能网络、容错、匹 统、智能控制论、智能决策系统和生物信息学的交集 配、分类与决策等方面，12).基于多种抗原类型输 (交叉学科)，在免疫控制结构和计算模型等方面做 入的免疫学习控制给出免疫机器人学习控制的结构 了一些探索，并取得初步成果2.2 和方法等3].2003年，龚涛、蔡自兴在国际会议 免疫机器人的仿生计算与控制研究具有重要的 RISSP2003上提出了移动免疫机器人的模型，用免 理论意义和应用前景 疫算法和人工免疫系统模型克服未知环境中的干扰 )能为危险、多变的环境中移动机器人应用提 信息和有害信息对该移动机器人的影响；移动免疫 供仿生计算模型和免疫控制技术； 机器人的模型是建立在免疫算法基础上，而免疫算 2)免疫机器人模仿生物免疫系统的自体/异体 法是建立在进化算法的基础上！.因此，移动免疫 检测、识别与学习机制和自修复机制，是对生物免疫 机器人实质上是一种进化机器人1.免疫机器人模 机制的仿生计算与控制，对危险环境中移动机器人 仿了人类等生物的自然免疫系统，构建了机器人的 的导航控制有生物启发作用； 免疫计算模型和免疫控制结构，实现了类似于生物 3)免疫机器人技术是未知环境中仿生机器人探 免疫系统的自体/异体检测、辨别、学习和修复及鲁 索、导航和控制的发展趋势之一，免疫机器人必将成 棒性、免疫性等功能.目前主要将免疫算法用于机器 为危险环境中移动仿生机器人的研究前沿； 人的路径规划等问题，对免疫机器人的仿生控制、仿 4)能扩展现有机器人的环境适应能力、智能度、 生计算研究甚少6).因此，免疫机器人的仿生计 仿生特征和安全性，对现有仿生机器人技术具有推 算与控制研究是一个崭新的研究领域，也是一个富 动和改进作用. 有科学意义和重要应用价值的研究课题， 总之，免疫机器人技术将免疫仿生技术应用到 机器人中，能提高机器人检测、识别危险环境的预警 1 免疫机器人计算与控制的提出 力，增强适应环境变化的免疫力，确保恶劣环境中机 根据自然免疫系统对自体/异体的高精度检测 器人控制的鲁棒性 能力、对未知异体的适应性识别能力和免疫响应的 学习能力，可以将危险的、变化的、未知的环境建模 2免疫机器人研究的重点与难点 为异体，而将安全的环境建模为自体，构建免疫机器 2.1免疫机器人研究的重点 人的自体/异体环境模型，用免疫算法高精度检测危 免疫机器人研究主要包括以下几个重点： 险的、变化的环境，用免疫学习机制识别未知的环境 1)构建免疫机器人的自体/异体表示模型：将正 和故障，并实现系统的自动修复，从而克服传统计算 常机器人组件和安全的环境因素表示为自体，将机 与控制模型对处理危险环境的不足].这一新技术 器人故障和危险的环境因素表示为异体： 将能用于太空探索、危险环境无人作业、军事等重要 2)对已知的安全环境进行建模，并随机生成危 应用领域 险的、变化的环境； 1993年“进化机器人学”这一术语首先由C1iff、 3)用异体检测、识别与学习的免疫算法，设计对 Harvey和Husbands提出，刘娟、蔡自兴等对进化 危险环境的检测、识别与学习算法； 机器人的发展历程进行了总结]进化机器人学将 4)用免疫计算的异体检测、识别与学习算法，设 进化机制融入联结机制或符号机制中，使机器人在 计对故障的检测、识别与学习算法； 与环境的交互中自组织地突现出理想的控制系统， 5)用人工免疫系统的自动修复算法，设计免疫 其核心是进化论中的突现特点 机器人的自动修复算法： 免疫机器人建立在人工免疫系统模型和免疫算 6)根据智能控制和免疫控制的四元结构，构建 法的基础上，免疫算法可建立在进化算法的基础上， 免疫机器人的智能控制体系结构； 但免疫机器人不局限于进化计算的框架内].己提 7)设计机器人的免疫控制算法， 出免疫计算的3层测不准有限计算模型，将人工免 8)用人工免疫系统的并行计算与控制模型，设 疫系统分为固有免疫计算层、适应性免疫计算层和 计免疫机器人的并行计算与控制算法； 并行免疫计算层，免疫机器人的计算模型可以建立 9)用分布式人工免疫系统的鲁棒性归约模型， 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net免疫系统的信息处理能力对计算技术的研究有很多 重要的启发[5 - 8 ] . 近年来 ,一些研究者基于遗传算法 提出了一些模仿生物机理的免疫算法[ 9 ] ;还有一些 学者研究了细胞组织控制系统与免疫机制的关 系[10 ] . 免疫算法已得到越来越多的应用 ,包括优化 求解、杀毒、故障诊断、鲁棒控制、智能网络、容错、匹 配、分类与决策等方面[11 - 12 ] . 基于多种抗原类型输 入的免疫学习控制给出免疫机器人学习控制的结构 和方法等[13 ] . 2003 年 , 龚涛、蔡自兴在国际会议 RISSP2003 上提出了移动免疫机器人的模型 ,用免 疫算法和人工免疫系统模型克服未知环境中的干扰 信息和有害信息对该移动机器人的影响 ;移动免疫 机器人的模型是建立在免疫算法基础上 ,而免疫算 法是建立在进化算法的基础上[14 ] . 因此 ,移动免疫 机器人实质上是一种进化机器人[15 ] . 免疫机器人模 仿了人类等生物的自然免疫系统 ,构建了机器人的 免疫计算模型和免疫控制结构 ,实现了类似于生物 免疫系统的自体/ 异体检测、辨别、学习和修复及鲁 棒性、免疫性等功能. 目前主要将免疫算法用于机器 人的路径规划等问题 ,对免疫机器人的仿生控制、仿 生计算研究甚少[16 - 17 ] . 因此 ,免疫机器人的仿生计 算与控制研究是一个崭新的研究领域 ,也是一个富 有科学意义和重要应用价值的研究课题. 1 免疫机器人计算与控制的提出 根据自然免疫系统对自体/ 异体的高精度检测 能力、对未知异体的适应性识别能力和免疫响应的 学习能力 ,可以将危险的、变化的、未知的环境建模 为异体 ,而将安全的环境建模为自体 ,构建免疫机器 人的自体/ 异体环境模型 ,用免疫算法高精度检测危 险的、变化的环境 ,用免疫学习机制识别未知的环境 和故障 ,并实现系统的自动修复 ,从而克服传统计算 与控制模型对处理危险环境的不足[ 18 ] . 这一新技术 将能用于太空探索、危险环境无人作业、军事等重要 应用领域. 1993 年“进化机器人学”这一术语首先由 Cliff 、 Harvey 和 Husbands 提出 ,刘娟、蔡自兴等对进化 机器人的发展历程进行了总结[15 ] . 进化机器人学将 进化机制融入联结机制或符号机制中 ,使机器人在 与环境的交互中自组织地突现出理想的控制系统 , 其核心是进化论中的突现特点. 免疫机器人建立在人工免疫系统模型和免疫算 法的基础上 ,免疫算法可建立在进化算法的基础上 , 但免疫机器人不局限于进化计算的框架内[19 ] . 已提 出免疫计算的 3 层测不准有限计算模型 ,将人工免 疫系统分为固有免疫计算层、适应性免疫计算层和 并行免疫计算层 ,免疫机器人的计算模型可以建立 在此 3 层模型基础之上. 免疫机器人的免疫控制由自然免疫系统启发而 来 ,免疫控制是建立在生物免疫机制和反馈机制以 及自然计算的广义映射模型和一些复杂性定理基础 上[20 - 21 ] . 免疫控制是一种仿生控制 ,是人工免疫系 统、智能控制论、智能决策系统和生物信息学的交集 (交叉学科) ,在免疫控制结构和计算模型等方面做 了一些探索 ,并取得初步成果[22 - 23 ] . 免疫机器人的仿生计算与控制研究具有重要的 理论意义和应用前景. 1) 能为危险、多变的环境中移动机器人应用提 供仿生计算模型和免疫控制技术 ; 2) 免疫机器人模仿生物免疫系统的自体/ 异体 检测、识别与学习机制和自修复机制 ,是对生物免疫 机制的仿生计算与控制 ,对危险环境中移动机器人 的导航控制有生物启发作用 ; 3) 免疫机器人技术是未知环境中仿生机器人探 索、导航和控制的发展趋势之一 ,免疫机器人必将成 为危险环境中移动仿生机器人的研究前沿 ; 4) 能扩展现有机器人的环境适应能力、智能度、 仿生特征和安全性 ,对现有仿生机器人技术具有推 动和改进作用. 总之 ,免疫机器人技术将免疫仿生技术应用到 机器人中 ,能提高机器人检测、识别危险环境的预警 力 ,增强适应环境变化的免疫力 ,确保恶劣环境中机 器人控制的鲁棒性. 2 免疫机器人研究的重点与难点 211 免疫机器人研究的重点 免疫机器人研究主要包括以下几个重点 : 1) 构建免疫机器人的自体/ 异体表示模型 :将正 常机器人组件和安全的环境因素表示为自体 ,将机 器人故障和危险的环境因素表示为异体 ; 2) 对已知的安全环境进行建模 ,并随机生成危 险的、变化的环境 ; 3) 用异体检测、识别与学习的免疫算法 ,设计对 危险环境的检测、识别与学习算法 ; 4) 用免疫计算的异体检测、识别与学习算法 ,设 计对故障的检测、识别与学习算法 ; 5) 用人工免疫系统的自动修复算法 ,设计免疫 机器人的自动修复算法 ; 6) 根据智能控制和免疫控制的四元结构 ,构建 免疫机器人的智能控制体系结构 ; 7) 设计机器人的免疫控制算法 ; 8) 用人工免疫系统的并行计算与控制模型 ,设 计免疫机器人的并行计算与控制算法 ; 9) 用分布式人工免疫系统的鲁棒性归约模型 , ·8 · 智 能 系 统 学 报 第 2 卷