談圖書館創(chuàng)新之機器人館員

于　健　白福春

(大連工業(yè)大學圖書館，遼寧大連 116034)

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談圖書館創(chuàng)新之機器人館員

于健白福春

(大連工業(yè)大學圖書館，遼寧大連 116034)

[摘要]我國機器人領(lǐng)域已達到世界先進水平，但是用于圖書館工作的機器人卻處在初級階段。通過介紹國外圖書館機器人的進展，分析國內(nèi)圖書館應(yīng)用機器人的動因，闡述圖書館機器人的關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)，以促進國內(nèi)圖書館機器人的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]圖書館創(chuàng)新機器人機器人館員未來圖書館

1引言

國務(wù)院在《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設(shè)總體方案》中，提到建設(shè)世界一流大學和一流學科，到本世紀中葉，一流大學和一流學科的數(shù)量和實力要進入世界前列，基本建成高等教育強國。圖書館作為高校的有機組成部分，要想在建設(shè)世界一流大學中做出貢獻，必須以創(chuàng)新服務(wù)來獲取發(fā)展動力。圖書館創(chuàng)新不能簡單理解為服務(wù)創(chuàng)新，服務(wù)創(chuàng)新是圖書館創(chuàng)新的外化表現(xiàn)，是圖書館創(chuàng)新的落腳點，但不是圖書館創(chuàng)新的全部內(nèi)涵。[1]近些年圖書館智能設(shè)備綜合服務(wù)平臺的應(yīng)用較多，機器人館員也取得突破，但在廣度和深度上仍面臨著對機器人的智能程度、工作能力缺乏認識，使圖書館在人機結(jié)合層面上，在實行智能機器人方面上缺乏共識。以機器人館員作為創(chuàng)新突破口，集機器人館員于理念創(chuàng)新、業(yè)務(wù)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新及服務(wù)創(chuàng)新為綜合體，不但能夠更好地提高圖書館的整體服務(wù)功能和服務(wù)能力，而且給圖書館的創(chuàng)新發(fā)展提供新的、有效的思維框架和發(fā)展方向。

2國外圖書館機器人應(yīng)用進展

1939年，第一臺家用機器人在美國誕生。1959年，第一臺工業(yè)機器人問世。至此，機器人的歷史才真正開始。隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，全球工業(yè)機器人技術(shù)得到飛速發(fā)展。除此之外，國外的一些研究機構(gòu)已對圖書館機器人的應(yīng)用進行可行性的嘗試，并取得系統(tǒng)性的長足發(fā)展。1994年世界上第一個機器人正式用于圖書館，開創(chuàng)了圖書館機器人的新紀元。

2.1人形機器人圖書管理員

美國康涅狄格州西港圖書館是美國首個使用人形機器人的圖書館，西港圖書館(Westport Library)投入使用的兩個人形機器人，它們是機器管理員“南茜”和“文森特”，如圖1所示，它們身高約兩英尺(0.61米)。它們不僅會唱會跳，還能說19種語言。這兩個機器人全身有24個關(guān)節(jié)，雖然不如人類，但足夠模仿人類的許多動作，甚至會在播放音樂的同時打太極，動作順暢而優(yōu)美。它們和讀者溝通時，雙手不時比比劃劃。盡管看上去相當聰明、應(yīng)變能力也很強，但目前它們還只能按照人類事先編定的程序做出反應(yīng)并執(zhí)行命令，這恰恰是圖書館決定招募它們的原因。[2]

圖1　機器人館員“南茜”和“文森特”

2.2在圖書館工作的搬運機器人

圖書館要是采用工業(yè)機器人搬運流水線，就必須打破現(xiàn)在圖書館藏書格局，這是圖書館無法接受的事情，也是圖書館對機器人參與工作的障礙。在不改變圖書館書架的前提下，利用智能移動機器人搬運、自動上下架圖書是一種切實可行的應(yīng)用方案。

2.2.1協(xié)助總還書臺工作的搬運機器人

德國洪堡大學圖書館投入使用的圖書搬運機器人的基本功能是在總服務(wù)臺與各功能區(qū)之間自動傳送需要上架和分檢的書刊。[3]機器人的上部設(shè)有導軌，使機器人可以將收集箱自動卸在固定的位置上。這種機器人可在一樓和二樓之間不斷往返、穿梭運送和回收書刊。圖書館電梯門口設(shè)有金屬感應(yīng)條，當機器人走到電梯口時，電梯自動開啟。

2.2.2在書庫工作的搬運機器人

日本大阪市立大學圖書館的圖書搬運機器人可以根據(jù)指令將圖書送到指定的地方。讀者閱讀后將圖書放在指定的小車上即可，搬運機器人將自動行駛到小車旁邊，通過托盤將小車托起并搬運到指定地點。移動機器人的自主導航是依靠埋設(shè)在圖書館地面上的磁導引線實現(xiàn)的。[4]

這兩種智能機器人館員能成功地把圖書按照分類搬運到指定位置，再由自然人館員完成圖書的上下架工作，這種在很大程度上幫助人類工作的機器人很受歡迎。未來圖書館不能只滿足用于搬運工作的機器人，還需要智能化和自動化程度更高機器人館員出現(xiàn)，來完成圖書館更科學、更專業(yè)的工作。

2.3在地下書庫工作的機器人

美國芝加哥大學的曼索托圖書館每年新增書籍約為15萬冊，目前采用了一種先進的機器人堆疊書庫管理系統(tǒng)，能收藏350萬冊書籍，而占地面積僅為常規(guī)書庫的七分之一，如圖2所示。圖書館管理員按書的名稱和大小排序，而不是杜威十進制系統(tǒng)，圖書館設(shè)計的是一個5層的地下藏書庫，由5個機器人升降機來操作。機器人堆疊書庫管理系統(tǒng)的基本元件是存儲箱。書庫中共有12個15米高的金屬架，能容納2.4萬個存儲箱。大部分存儲箱的尺寸為46×60×120厘米，里面被細分成幾個隔層，每個箱子能放100本平均尺寸的書，地下書庫的相對濕度為30%、溫度為15℃。[5]

圖2　芝加哥大學曼索托圖書館

機器人堆疊書庫管理系統(tǒng)的操作流程：①請求。讀者通過在線圖書目錄卡發(fā)出借閱請求，收到指令后，系統(tǒng)馬上確認該書所在的書箱位置。②檢索。地下書庫有5個機器人升降機來執(zhí)行操作，找到所需書籍，然后送入庫頂?shù)?個窗口之一，也就是流通服務(wù)臺。③交付。當書箱到達流通服務(wù)臺，圖書館的工作人員會在計算機屏幕上看到提示的信息，準確地知道借閱書籍的書名及書箱內(nèi)所在的隔層。整個借閱過程通常耗時5分鐘左右。④還書。當讀者前來還書時，工作人員按照書的尺寸大小來尋找可以存儲這一書名的對應(yīng)書箱，并安放到合適的隔層，掃描后按下功能鍵，將書箱送回到地下書庫。[6]

3國內(nèi)圖書館創(chuàng)新應(yīng)用機器人館員的動因

機器人和智能技術(shù)納入圖書館科技創(chuàng)新領(lǐng)域，推動圖書館機器人研發(fā)進程，是圖書館自身發(fā)展需要，隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人館員在圖書館必定有較大應(yīng)用空間。

3.1人機結(jié)合是圖書館自身發(fā)展需要

未來圖書館老齡化嚴重。目前，在圖書館工作的女性館員較多，在副高級職稱的女館員延長退休年齡和國家推行延長退休年齡以后，圖書館必定面臨館員整體年齡偏大。在人員老化，開館時間延長，工作量加大的情況下，勢必具有繁重體力工作的崗位壓力會增大。未來由機器人館員來替代人力進行圖書搬運、圖書整理和上下架工作，自然人來充當機器人“保姆”工作，將會解決館員老齡化的問題。

圖書館機器人館員可解決部分崗位勞動強度大問題，對于“核心工作”仍由自然人負責。這樣就和工業(yè)機器人一樣，不論它是十幾秒生產(chǎn)一輛轎車還是幾秒生產(chǎn)一輛轎車，它生產(chǎn)的都是由自然人設(shè)計出來的轎車，還有醫(yī)生在操縱機器人手術(shù)刀，當機器人手術(shù)刀進入人體后要切除那塊病灶完全是由醫(yī)生的大腦說了算。圖書館需要的就類似這樣的機器人，如果把圖書館核心工作比喻成圖書館的“大腦”，那么機器人要幫助解決的就是“手足”問題。

3.2應(yīng)用機器人館員是創(chuàng)建世界一流大學的需要

圖書館咨詢服務(wù)崗位多少年來都是安排館員在那坐等讀者，或者等待與讀者的面對面交流，或者通過互聯(lián)網(wǎng)等待著與讀者交流，有沒有讀者咨詢都要安排館員來做這項工作。甚至許多圖書館都安排副研究館員以上職稱的館員從事這個崗位，目的就是全方位地解決讀者提出的問題。如果語言不通副研究館員再怎么“博學”也回答不了幾個問題，即浪費人力也浪費資源，館員一時不在還受到讀者的舉報。一個自然人掌握兩種語言很容易，掌握四種語言的也大有人在，一個自然人能回答十九種語言嗎？顯然是不能。所以，應(yīng)用機器人館員就能解決這類問題。如美國康涅狄格州西港圖書館機器人管理員“南茜”和“文森特”。

清華大學圖書館的“小圖”，如圖3所示，雖然還比不上“南茜”和“文森特”那樣有名氣，“小圖”運行系統(tǒng)仍處于測試階段，但是有了“小圖”足讓圖書館看到利用機器人館員服務(wù)讀者的希望?！靶D”的功能：①逗悶子，②圖書館知識問答，③查詢館藏圖書，④查詢百度百科，⑤自我學習和訓練。[7]該服務(wù)一經(jīng)推出就引起強烈反響，每日最高用戶超過千人，迅速成為網(wǎng)絡(luò)各論壇討論的熱點?！靶D”有一個獨有的可愛形象，成為清華大學圖書館的網(wǎng)絡(luò)形象代言人。上海交通大學圖書館的“小交”是基于MSN的智能聊天機器人，具有自主聊天、資源查詢、學科導航和借閱提醒等功能。[8]國內(nèi)圖書館在應(yīng)用自助設(shè)備的同時也在引進和研發(fā)智能機器人，到本世紀中葉，當我國基本建成高等教育強國時，圖書館必定趕上或超過世界先進圖書館。

圖3　清華大學圖書館智能聊天機器人“小圖”

3.3機器人館員是讀者自助閱讀的需要

未來圖書館可能不再是地面建筑，它可能是校園內(nèi)一個休閑廣場，也可能是體育場的一部，休閑廣場的地下和體育場看臺的下面可能就是圖書館的巨大藏書庫，廣場、體育場的四周就有供讀者借還圖書的自助機器人館員。悉尼科技大學圖書館就將32.5萬冊圖書轉(zhuǎn)移到地下。[9]將圖書藏在地下的遠不只悉尼科技大學，美國、英國的大學都有先例。這樣就解決了圖書館的休閑閱覽的功能，同時也解決了圖書館日益增長的藏書數(shù)量。

4圖書館機器人館員實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

圖書館機器人是一門多學科交叉的技術(shù)，涉及到機械設(shè)計、計算機、傳感器、自動控制、人機交互、仿生學、圖書館學等多個學科。圖書館機器人由于其工作的崗位不同，對其要求也會不同，綜合來看，其關(guān)鍵技術(shù)可以從四方面考慮，分別是傳感技術(shù)、自主定位導航技術(shù)、控制技術(shù)、人機交互技術(shù)。

4.1傳感技術(shù)

傳感技術(shù)可以使智能機器人擁有視覺、聽覺乃至觸覺，讓智能機器人可以對周圍環(huán)境和行動目標進行信息采集和檢測，再對采集到的數(shù)據(jù)進行必要的處理，使之成為可以被利用的信息。對于圖書館信息咨詢機器人館員，需要通過傳感技術(shù)正確接收到讀者的咨詢指令，經(jīng)過處理給出相應(yīng)的回復。對于圖書及書庫管理機器人館員，需要通過傳感技術(shù)正確識別圖書及其相應(yīng)的存放位置信息，以便正確完成相應(yīng)的任務(wù)。

用于圖書識別的常用方法是RFID技術(shù)(Radio Frequency Identification)和機器視覺技術(shù)。RFID技術(shù)，俗稱電子標簽，是一種智能識別技術(shù)，利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞達到識別目的。它無需人工干預，對環(huán)境要求低，操作快捷方便，但最少定位誤差在2-3米[10]，對于寬度僅10mm左右的書脊來說，不很精確。機器視覺技術(shù)可以對圖書進行精確定位，如美國D J Lee等人利用視覺模式匹配法對圖書書脊信息進行識別，[11]但機器視覺技術(shù)受光線等因素影響。最理想的圖書識別法是，采用視覺和RFID技術(shù)相結(jié)合的聯(lián)合定位。首先用RFID技術(shù)快速定位待查圖書的所在區(qū)間，然后用機器視覺技術(shù)對標簽進行識別，從而對圖書進行精確定位。[12]

4.2自主定位導航技術(shù)

定位導航是移動機器人要解決的基本問題之一，GPS可以提供高精度的全局定位及導航，但會受GPS信號弱、環(huán)境干擾等因素影響。對于圖書館機器人館員來說，圖書館的結(jié)構(gòu)環(huán)境、空間布局較為固定，從技術(shù)上來講不難實現(xiàn)?？蓪D書館內(nèi)部地圖及機器人館員可以行走的路線圖預設(shè)在機器人的控制芯片中，根據(jù)這些信息，機器人館員可完成設(shè)定的任務(wù)。如遇變更的信息，可以通過館內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)進行實時更新，如新購圖書及新入館讀者等信息。再配合機器視覺導引技術(shù)，即可精確的完成機器人館員的定位導航。

4.3控制技術(shù)

控制技術(shù)為智能機器人可以將感知和行動聯(lián)系起來提供了可能，是智能機器人能夠獨立自主的完成各項任務(wù)的基礎(chǔ)。智能機器人的控制技術(shù)主要指基于自動控制技術(shù)和微機技術(shù)的智能控制技術(shù)，它可使機器人的行動更加靈活方便、復雜多樣，增加機器人的自由獨立性。

由美國加利福尼亞大學Zadeh.L.A教授提出的“模糊控制理論”，現(xiàn)已形成應(yīng)用技術(shù)，由模糊數(shù)學、計算機科學、知識工程等多學科相互滲透，在機器人的建模、控制、對柔性臂的控制、模糊補償控制以及移動機器人路徑規(guī)劃等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這一技術(shù)，可使圖書館機器人館員更完美的完成各崗位的工作。

4.4人機交互技術(shù)

由于智能機器人的研究目的是使機器人能夠像擁有“大腦”一樣智能化的工作、為人類服務(wù)，故需要機器人對相應(yīng)的指令、任務(wù)做出反饋。目前，人機交互技術(shù)可以實現(xiàn)文字識別、語音合成與識別、圖像識別與處理、機器翻譯等。通過人機交互，圖書館機器人館員可以更好回答讀者的咨詢問題及更好的完成自然人布置的任務(wù)。

5圖書館機器人館員發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)

未來，智能機器人將成為人類的伙伴，一起工作、共同生活，完成人類不能或不愿完成的工作。智能機器人對于圖書館而言是一項創(chuàng)新，將機器人應(yīng)用于圖書館是一個涉及資金、設(shè)備、技術(shù)和服務(wù)的綜合系統(tǒng)工程。機器人館員將會替代自然人館員，從事重復、繁重的圖書及書架管理工作，和信息量大人腦無法完全熟記得信息咨詢工作等等，這是未來的發(fā)展趨勢。要讓機器人館員能夠像人一樣工作，成為人的助手，還具有相當大的挑戰(zhàn)性。首先，要解決機器人館員在各種環(huán)境的運動控制能力。其次，要提升機器人館員感知和決策能力?？傊?，圖書館對機器人的需求會持續(xù)攀升，各國政府、研究機構(gòu)都非常重視機器人技術(shù)的發(fā)展，也投入了大量資金。機器人技術(shù)的高精尖問題，更加激發(fā)著全球眾多優(yōu)秀的機器人研發(fā)團隊不斷創(chuàng)新。

6結(jié)束語

計算機技術(shù)、觸摸技術(shù)、語音識別以及云式計算，使圖書館發(fā)生巨大變化，機器人是實現(xiàn)圖書館人機交互提高服務(wù)質(zhì)量的良好載體，機器人館員在圖書館的應(yīng)用，解決了圖書館工作不能借助于機械動力，而完全要靠人力的歷史。從創(chuàng)建世界一流大學的圖書館的角度來看，圖書館使用機器人館員前景廣闊，下一代能使圖書館發(fā)生變化的一定是智能機器人技術(shù)的應(yīng)用。

參考文獻

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〔2〕姜琳.人工智能上崗.圖書管理員失業(yè)[N].青年參考，2014-11-5(32)

〔3〕崔建偉，宋愛國，莊皓蘭，黃周弟.機器人技術(shù)在圖書館自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2009(6):33-35

〔4〕〔12〕方建軍，張曄.圖書館圖書自動存取機器人的研究與應(yīng)用[J].圖書館建設(shè)，2012(7):79-83

〔5〕王馨立.地下機器人圖書館——芝加哥大學推堆疊管理技術(shù)[N].文匯報，2012-05-23

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〔9〕環(huán)球網(wǎng).悉尼科技大學圖書館新花招：采用機器人看管[EB/OL].[2015-11-27].http://lx.huanqiu.com/2014/lxnews_0811/6484.html

〔10〕鄧輝舫，馬啟平，周尚偉.使用無線射頻識別(RFID)技術(shù)進行室內(nèi)定位[J].計算機應(yīng)用，2008(7):1858-1865

〔11〕Lee D J，Chang Yuchou，James K，et al.Matching Book-Spine Images for Library Shelf-Reading Process[C].Proc.of 4th IEEE Conference on Automation Science and Engineering Key Bridge Marriott，Washington D C，2008:738-743

Talking about One of the Library Innovations—Robot Librarian

Yu JianBai Fuchun

[Abstract]The robot industry in our country has reached world advanced level, but the use of robots in library work is still at the primary stage. The article introduces the progress of robot in foreign libraries, and analyzes the reason of robot application in the domestic library. In addition, The article expounds the key technologies, development trend and challenges of library robot, so as to drive the development of domestic library robot.

[Key words]Library innovation; Robot; Robot librarians; Future library

〔作者簡介〕于健(1978-)，女，碩士研究生，館員，大連工業(yè)大學圖書館自動化部主任；白福春(1966-)，男，碩士研究生，副研究館員，大連工業(yè)大學圖書館資源建設(shè)部主任。

[中圖分類號]G251.6

[文獻標識碼]A