智能機(jī)器人，讓人類的生活更美好

主講人 | 熊 蓉

科技部重點專項智能機(jī)器人專家組專家浙江大學(xué)機(jī)器人實驗室主任

智能機(jī)器人，讓人類的生活更美好

主講人 | 熊 蓉

科技部重點專項智能機(jī)器人專家組專家浙江大學(xué)機(jī)器人實驗室主任

捷 克作家卡萊爾·卡佩克在他1921年的文學(xué)作品《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中第一次提出機(jī)器人概念。機(jī)器人在捷克語里是奴隸的意思，卡萊爾創(chuàng)作了這個詞并賦予其特定的含義，即像奴隸一樣為人服務(wù)并從事繁重的工作的機(jī)器。這本小說十分有名，它描述了機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的愿景，從最初的完全非常呆板地從事復(fù)雜工作，到后期能夠智能靈活地處理各種作業(yè)，甚至具有了人類的情感和意識。達(dá)芬奇在他的手稿里設(shè)計了一個完整的機(jī)器人，而且對它進(jìn)行了力學(xué)分析。在我國很多古書的記載中也能看到機(jī)器人的影子，春秋時期就有魯班制作飛鳥三日而不下，三國時期諸葛亮做木牛流馬進(jìn)行物資運輸，所以機(jī)器人一直都是古今中外人們的一個夢。

機(jī)器人發(fā)展應(yīng)用已走過近40年的歷程

第一臺移動機(jī)器人是1968年斯坦福研究的輪式移動機(jī)器人，人類進(jìn)入了研究工業(yè)機(jī)器人的階段。1969年第一個雙足機(jī)器人問世，1978年起它開始被應(yīng)用，短短一兩年間到70年代末就開始大量應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域。

1997年，美國宇航局發(fā)射了第一個火星探測機(jī)器人，之后通過不斷更新程序讓它有局部的判斷能力，能及時避開障礙物。這個輪式的移動機(jī)器人可以在火星上實現(xiàn)快速移動去探測環(huán)境，通過傳感器把照片傳回地球。

2002年，美國羅伯特公司研發(fā)了可以自動進(jìn)行清掃的機(jī)器人，這也是機(jī)器人第一次走進(jìn)平常百姓的生活，它能避開家具到達(dá)家里的每個角落，把整個房間打掃干凈，大大減輕了人類進(jìn)行家庭清掃的工作負(fù)擔(dān)。

從2005年開始，研究的重點在于機(jī)器人如何進(jìn)一步融入到人類的生活，為人類提供各種服務(wù)。模擬手臂的機(jī)器人已被推廣到了醫(yī)療手術(shù)中，形成了非常有名的達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)。這些機(jī)械臂末端裝了各種手術(shù)工具、傳感器，并有攝像頭把信息合成為一個三維環(huán)境，醫(yī)生通過操作搖桿控制機(jī)械臂來完成手術(shù)。對病人來說，可以大大縮減瘡口的大小，減輕痛苦；對醫(yī)生來說可以減少體力上的消耗。

2014年最新的機(jī)器人已經(jīng)可以上下樓梯快速行走，奔跑時速達(dá)每小時九公里，身高與普通小孩相同，全身有40多個自由度，包括每個手及關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)非常靈活的運動。

智能機(jī)器人應(yīng)用范圍已基本實現(xiàn)全覆蓋

現(xiàn)在整個世界對機(jī)器人都有極大的需求，新型機(jī)器人正在不斷被開發(fā)出來，十分成熟的機(jī)器人技術(shù)和系統(tǒng)越來越被廣泛地應(yīng)用到了各個領(lǐng)域，基本上實現(xiàn)了全覆蓋。

先來看中國，中國是一個制造大國，但并不是一個制造強(qiáng)國。過去我們大量運用人口紅利制造一些低技術(shù)含量的產(chǎn)品，而現(xiàn)在年輕人大多受過良好教育，不愿意干這種簡單、重復(fù)、枯燥又有害身體健康的工作，再加之老齡化逐步加劇，勞動力成本不斷上漲，現(xiàn)在很多的制造業(yè)都開始用機(jī)器人來替代人完成這些工作。

浙江省2013年啟動了機(jī)器人換人的項目。國家主席習(xí)近平在2014年的兩院院士會議上指出，我國已經(jīng)成為了機(jī)器人的最大市場，但我們要把技術(shù)和制造能力搞上去，把國家的水平搞上去，把產(chǎn)業(yè)的水平搞上去來占領(lǐng)市場。

再看西方國家，美國現(xiàn)在提出再工業(yè)化，要把制造業(yè)引回去，實現(xiàn)高端制造的回歸，其中就包括了機(jī)器人以及人工智能。德國也提出了工業(yè)4.0，第一次工業(yè)革命是蒸汽機(jī)；第二次工業(yè)革命是流水線、電子技術(shù)的發(fā)展；第三次工業(yè)革命是信息技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用；第四次工業(yè)革命是由移動互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)把所有的機(jī)器人、生產(chǎn)設(shè)備、終端全部聯(lián)系起來。中國現(xiàn)在正處于第三次工業(yè)革命的階段，但我們要做的是把第三第四次工業(yè)革命合二為一，這也是“中國制造2025”的一個基本思想。

很多國家都制定了相關(guān)規(guī)劃來助推機(jī)器人越來越多地應(yīng)用到各個制造領(lǐng)域中。

汽車制造領(lǐng)域，從加工件被抓取到加工設(shè)備里以及從加工設(shè)備里面抓取出來放到流水線上都是由機(jī)器人完成的，有搬運大件的龍門架機(jī)器人，焊接機(jī)器人，還有專門安裝拼接大型工件的機(jī)器人。

電子產(chǎn)品裝配，比如由兩個機(jī)器人配合來完成鼠標(biāo)或者USB的裝配。蘋果手機(jī)用機(jī)器人來做拆解回收，把一個完整的蘋果手機(jī)通過一個機(jī)械臂和各種末端的執(zhí)行器相互配合就可以完成對各種零部件的回收，包括螺絲、SIM卡的插拔、電池的回收等等。

物流倉儲領(lǐng)域也大量使用機(jī)器人，浙江國自研發(fā)了搬運重物的機(jī)器人——ATV，它可以沿著地上鋪設(shè)的磁條運行，把貨架馱著運送到加工的工位上面。阿里巴巴、京東、亞馬遜等很多電商的倉庫里使用的就是這個機(jī)器人，你下了一個單子，計算機(jī)檢索到這個物品在某個貨架上面，它就飛快地把這個貨架找到，然后馱到人面前來。以前靠人在倉庫里面撿選，現(xiàn)在這部分工作就是由機(jī)器人完成了，人只要把貨物拿下來即可。

軍事上機(jī)器人也得到了廣泛的應(yīng)用，如無人坦克車上裝了作戰(zhàn)武器，能夠保證人的安全性，減少士兵的傷亡，人遙控防爆機(jī)器人走到炸彈前去判斷剪哪根線，變電站有自主移動的巡檢機(jī)器人，帶著裝備去檢測設(shè)備的安全性。

在醫(yī)學(xué)上，人們用牙疼機(jī)器人來給牙科學(xué)生進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和評估，機(jī)器人打分合格后學(xué)生才能實際上崗操作，這樣病人的利益就得到了保障；日本還研發(fā)了像玩偶一樣的海豹機(jī)器人來治療人們精神上的疾病，它有著非常豐富的傳感器，可以根據(jù)你的觸摸做不同的動作，被應(yīng)用于治療抑郁癥。

2011年上海世博會出現(xiàn)了海寶機(jī)器人，可以跟人聊天、跳舞、提供信息，實現(xiàn)人機(jī)交互。餐館的服務(wù)機(jī)器人，通過沿著地上鋪設(shè)的導(dǎo)航標(biāo)志移動，把飯菜端送到各個位置上去。還有可以進(jìn)行娛樂表演的機(jī)器人，會彈奏樂器會跳舞。

2017年將推廣情感類型的機(jī)器人，它可以觀察人在哪里，表情怎么樣，用語音交互進(jìn)行對話，還可以移動。每天早上醒來后可以和桌面機(jī)器人對話，讓它幫忙查天氣信息，或者在聚會時可幫忙拍照。

通過定位導(dǎo)航還可以實現(xiàn)無人駕駛，方便盲人獨自出行。這種車上裝有高速旋轉(zhuǎn)的激光測距儀，可以把它周圍的環(huán)境全部形成地圖，還有多個視覺攝像頭，獲得環(huán)境的信息，我們就能知道周圍哪些地方有障礙物，哪些地方是可行車道，交通信號如何，控制車子進(jìn)行安全駕駛。

浙大研發(fā)了小型足球機(jī)器人，通過四個輪子向各個方向移動，可以射門，也可以挑球。機(jī)器人上有攝像頭，通過對圖像進(jìn)行分析、處理，識別出其它機(jī)器人和球的方位，然后再規(guī)劃6個機(jī)器人應(yīng)該怎么協(xié)作，怎么跟對方進(jìn)行對抗，最后要完成進(jìn)球的任務(wù)。

未來應(yīng)探索機(jī)器人自主學(xué)習(xí)修復(fù)等能力

很多如核電站等危險的環(huán)境更適合機(jī)器人進(jìn)入工作，2011年美國和德國各有一臺機(jī)器人進(jìn)入日本福島核電站工作，但由于里面的核電輻射較大，很短時間內(nèi)就出現(xiàn)了故障無法完成工作。如何制作這種能夠進(jìn)入惡劣環(huán)境的機(jī)器人，替代人排除險情，是現(xiàn)在面臨的問題。

現(xiàn)在浙大研發(fā)了乒乓球機(jī)器人，可以跟人進(jìn)行乒乓球?qū)Υ?，也可以雙機(jī)對打。它可以適應(yīng)不同的球速，接打旋轉(zhuǎn)球，機(jī)器人通過識別球上的商標(biāo)來確定一個球旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，但現(xiàn)在打回來的球很亂，和人對打難度還很高。

機(jī)器人的程序都是人工編的，是人在教它該怎么做，那么它能不能夠自主學(xué)習(xí)呢？我們可以讓機(jī)器人來學(xué)會生成程序，自動執(zhí)行。也有人提出來機(jī)器人能不能具有獨立思考的能力，根據(jù)人的說話邏輯進(jìn)行模仿，然后進(jìn)行應(yīng)對。計算設(shè)備上可以有類腦芯片，神經(jīng)形態(tài)的芯片，具有獨立計算能力，它們之間通過一定的方式來進(jìn)行信息交互，接受其它的神經(jīng)芯片發(fā)來的信號，然后同時進(jìn)行運算。

電影《超能陸戰(zhàn)隊》里有一個微型機(jī)器人，它可以根據(jù)人腦的意念去變換成各種不同的形狀，我們現(xiàn)在也在做這方面的探索，把小的移動機(jī)器人，從一個形狀自主地變換成為另外一個形狀。

未來機(jī)器人會越來越多，我們還需要一個云計算人來給每個機(jī)器人編程，支持各種機(jī)器人實現(xiàn)它的工作，提供它需要的自學(xué)模塊，同時把機(jī)器人信息傳遞到云端，去挖掘更多的學(xué)習(xí)能力。

目前，人們對較高的這些技術(shù)層面都在做更深一步的探索，包括如何使機(jī)器人力量更大，體積更小，速度更快。未來還將研發(fā)有柔性驅(qū)動、柔性傳感的機(jī)器人，能夠跟人進(jìn)行安全的接觸。像柔性的電子皮膚，它可以裝在機(jī)器人上確保安全，也可以裝在人身上來檢測人的各種生命體征，或是把它送到人的體內(nèi)來進(jìn)行器官檢測。我們要做的是如何實現(xiàn)人機(jī)之間自然的交互、如何模擬視覺去區(qū)分環(huán)境，如何進(jìn)行語意的理解。

（本文系熊蓉在杭州市科協(xié)、杭州市科技工作者服務(wù)中心、《杭州》雜志社聯(lián)合主辦的第114期“杭州科學(xué)大講堂”上的演講，文中觀點不代表本刊立場）

公 示

根據(jù)國家新聞出版廣電總局《關(guān)于開展新聞記者證2016年度核驗工作的通知》《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)對新聞記者證申領(lǐng)核發(fā)工作檢查的緊急通知》的要求，本社已對持有和申領(lǐng)新聞記者證人員的資格進(jìn)行嚴(yán)格審核，現(xiàn)公示如下：

持有新聞記者證人員：林乃煉、張凌鴻、金立山、林軍、葉彬松、韓一丹

申領(lǐng)新聞記者證人員：楊蕪、金盛翔、陳緹緹

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浙江省新聞出版廣電總局 0571-87163126、87163101

《杭州》雜志社

2017年2月15日