我們即將進(jìn)入機(jī)器人4.0時(shí)代

機(jī)器人1.0時(shí)代和2.0時(shí)代我們已經(jīng)經(jīng)歷了，現(xiàn)在處于機(jī)器人3.0的時(shí)代，包括現(xiàn)在講人機(jī)協(xié)作等，都屬于機(jī)器人3.0時(shí)代的產(chǎn)物。而我們即將進(jìn)入機(jī)器人4.0時(shí)代，將在包括自主學(xué)習(xí)、場(chǎng)景自適應(yīng)、知識(shí)圖譜應(yīng)用等方面拓展更多可能。

機(jī)器人4.0

機(jī)器人4.0時(shí)代是需要數(shù)字孿生的，機(jī)器人數(shù)字孿生可以與物理實(shí)體機(jī)器人在數(shù)字虛擬空間和物理實(shí)體空間實(shí)現(xiàn)雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)連接。它要體現(xiàn)閉環(huán)性——感知、認(rèn)知、決策、執(zhí)行的閉環(huán)控制。共生體現(xiàn)在機(jī)器人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，也體現(xiàn)在機(jī)器人運(yùn)行階段，就是數(shù)字孿生結(jié)合機(jī)器人實(shí)體相互影響。

場(chǎng)景數(shù)字孿生需要多模態(tài)感知融合、自適應(yīng)交互，在開(kāi)放環(huán)境自主移動(dòng)機(jī)器人要避障、交互、操作，需要很多傳感器，大部分?jǐn)?shù)據(jù)在時(shí)間同步的前提下進(jìn)行傳感，需要調(diào)用不同復(fù)雜度算法模塊，包括硬件系統(tǒng)、邊緣計(jì)算都會(huì)用上。

機(jī)器人4.0時(shí)代還會(huì)用到知識(shí)圖譜的技術(shù)。我們知道知識(shí)圖譜也是人工智能里重要的技術(shù)，機(jī)器人知識(shí)圖譜應(yīng)用和一般百科知識(shí)類知識(shí)圖譜有些不一樣。簡(jiǎn)單地講，時(shí)空之間的關(guān)系要和時(shí)間聯(lián)系在一起，以前它不需要和時(shí)間緊密聯(lián)系起來(lái)，機(jī)器人應(yīng)用不一樣，需要記錄環(huán)境里不同時(shí)間人和物發(fā)生事件等相關(guān)信息，這一點(diǎn)需要我們注意。

現(xiàn)在開(kāi)始談?wù)摰脑苹瘷C(jī)器人，它也叫云端機(jī)器人。云端機(jī)器人簡(jiǎn)單講是大腦在云端——好處是什么呢？信息和機(jī)器供給，云端大腦可以控制很多機(jī)器人，可以匯集來(lái)自所有連接機(jī)器人的視覺(jué)、語(yǔ)音等各種信息。再就是平衡復(fù)雜計(jì)算，因?yàn)榇竽X在云端可以降低機(jī)器人本體硬件需求，否則計(jì)算都在機(jī)器人本體，對(duì)硬件要求更高。還有系統(tǒng)合作，我們可以設(shè)想在大工地上，把未來(lái)智能工程機(jī)械看成機(jī)器人，不同類型的工程機(jī)械一起協(xié)同合作，只有云端大腦才能夠更有效地統(tǒng)一調(diào)度控制它們。它的好處是機(jī)器人借助云端大腦可以獨(dú)立于本體持續(xù)升級(jí)，可以說(shuō)智能發(fā)展、軟件升級(jí)。

云端機(jī)器人需要一個(gè)操作系統(tǒng)，谷歌手機(jī)、安卓和蘋果都有操作系統(tǒng)，以后云端機(jī)器人也需要操作系統(tǒng)?，F(xiàn)在海寶機(jī)器人公司做的海睿OX就是云端機(jī)器人操作系統(tǒng)，這個(gè)平臺(tái)部署了人工增強(qiáng)和智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法等。這個(gè)平臺(tái)強(qiáng)調(diào)開(kāi)源開(kāi)放，供開(kāi)發(fā)者在門戶共享資源，包括物理世界場(chǎng)景、數(shù)據(jù)模型、機(jī)器人孿生模型、人工智能算法等。有了開(kāi)發(fā)者生態(tài)，對(duì)于云端機(jī)器人商業(yè)發(fā)展是非常有好處的。

還有支持人機(jī)交互平臺(tái)。2020年年底，斯坦福大學(xué)李飛飛課題組推出一種全新模擬環(huán)境叫iGibson，可以為大型交互場(chǎng)景交付任務(wù)開(kāi)發(fā)機(jī)器人解決方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人可交互性操作。它可以提供超過(guò)12000種額外交互場(chǎng)景，總而言之這一平臺(tái)為機(jī)器人特定應(yīng)用提供了很好的基礎(chǔ)平臺(tái)。

英特爾中國(guó)研究院提出面向機(jī)器人4.0時(shí)代的HERO系統(tǒng)平臺(tái)，包括機(jī)器人3.0、機(jī)器人4.0，用戶的特定應(yīng)用都可以利用這個(gè)平臺(tái)。機(jī)器人4.0部分更多支持自適應(yīng)場(chǎng)景和持續(xù)學(xué)習(xí)，包括知識(shí)圖譜，可以針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展相關(guān)領(lǐng)域通用知識(shí)圖譜。

機(jī)器和人相互之間智能增強(qiáng)

從20世紀(jì)60年代起，人們開(kāi)始關(guān)注生物和技術(shù)交織在一起的生命體，有人把它稱為賽博格，有學(xué)者認(rèn)為人能夠把所有技術(shù)都用于知識(shí)和拓展的構(gòu)造體。我們現(xiàn)在有兩種類型軀體可以選擇，一種是真實(shí)的軀體，是通過(guò)體內(nèi)液體流動(dòng)與真實(shí)世界相連，再是虛擬軀體，通過(guò)電子流動(dòng)與世界相連。

我們通常講“AI”，還有一種是“IA”，就是智能增強(qiáng)，IA強(qiáng)調(diào)借助機(jī)器加強(qiáng)或者拓展人類智能，而不是完全取代人類的能力。這一點(diǎn)非常重要，是人和機(jī)器和諧共處，智能增加人類有效掌控機(jī)器，讓機(jī)器為人類服務(wù)。機(jī)器干機(jī)器該干的活，人干人該干的事。

這里一個(gè)例子是機(jī)器人在做裝配工作，工人操作手柄，機(jī)器人動(dòng)作感知有視覺(jué)、觸覺(jué)等，通過(guò)手柄可以實(shí)時(shí)反饋，操作者根據(jù)反饋實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程精準(zhǔn)控制。根據(jù)機(jī)器人智能程度的增加，機(jī)器和人能力相互增強(qiáng)，機(jī)器人可以在人不斷操作實(shí)踐中進(jìn)一步學(xué)習(xí)，所以機(jī)器人變得越來(lái)越聰明，機(jī)器人幫助工人更好地裝配機(jī)器等，二者相互增強(qiáng)能力。

在機(jī)器人公司，他們搭建一個(gè)云端機(jī)器人人機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)，這里有一個(gè)機(jī)器人訓(xùn)練師平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人人工增強(qiáng)訓(xùn)練和智能增長(zhǎng)。人不斷提高機(jī)器人智能，可以使感知增強(qiáng)，機(jī)器人的某些特定感知能力甚至超過(guò)人的能力。但是話說(shuō)回來(lái)，又不可能全面超過(guò)人的感知能力，人有相近的知識(shí)和常識(shí)能夠快速識(shí)別一些東西，可以彌補(bǔ)機(jī)器人能力的不足。以機(jī)器人為載體，在獲得融合感知數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人可以輔助AI進(jìn)行認(rèn)知增強(qiáng)，包括行為增強(qiáng)。

能力牽引物理機(jī)器，可以通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)進(jìn)行訓(xùn)練，不斷地提高機(jī)器人的智能。我們仔細(xì)想一想，人類在某一個(gè)特定環(huán)境中與外界的交互方式，這是人類學(xué)習(xí)各種技能的方法，機(jī)器人也是如此，它在某一種環(huán)節(jié)里通過(guò)交互，從而提升自身能力。我們?cè)谠O(shè)計(jì)智能機(jī)器人的時(shí)候，一個(gè)很重要的考慮是怎么通過(guò)數(shù)字孿生智能體虛實(shí)結(jié)合，把能力牽引到物理機(jī)器人上。

在智能時(shí)代，工人、技師等并非無(wú)所作為，因?yàn)槿说慕槿?，怎么使智能系統(tǒng)智能增強(qiáng)？因?yàn)闄C(jī)器智能，怎么使人的能力增強(qiáng)？這是我們需要考慮的。

我覺(jué)得一個(gè)很重要的問(wèn)題，隨著智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它可以延伸人的存在，這是物理機(jī)器人和特定人的融合。機(jī)器人融合某個(gè)人的意識(shí)，機(jī)器人感知也可以成為某個(gè)人的感知。在工業(yè)環(huán)境中間，某些場(chǎng)合下這種應(yīng)用也是非常需要的，我們可以設(shè)想類似于當(dāng)年福島核電站事故，在那種場(chǎng)合下假如融合人意識(shí)的機(jī)器人在那里工作的話，會(huì)不會(huì)是另外一種場(chǎng)景？

生活中，機(jī)器人作為替身發(fā)揮作用也是非常有意義的。老年人、殘障人士想外出旅行，假如機(jī)器人替身可以實(shí)現(xiàn)他們出去旅行一樣，這意味著人存在的延伸。

這幾年大家注意到元宇宙的概念，以后機(jī)器人元宇宙也是需要關(guān)注的。元宇宙相當(dāng)于是實(shí)體互聯(lián)網(wǎng)，就是人不僅可以在其中看內(nèi)容，還能夠置身其中，元宇宙也可以包含機(jī)器人。從工業(yè)應(yīng)用來(lái)講，未來(lái)制造物理空間、設(shè)計(jì)者構(gòu)思空間，這些都可以映射到數(shù)字與物理交織、虛擬與現(xiàn)實(shí)融合的“一虛一實(shí)”制造元宇宙中，目的是通過(guò)制造元宇宙，未來(lái)能夠使物理的制造活動(dòng)更有序、更優(yōu)化。

有一個(gè)問(wèn)題是智能機(jī)器人研究者需要注意的，智能機(jī)器人當(dāng)然要替代人的很多技能，不光是體力，還包括腦力等。有一個(gè)波拉尼悖論，認(rèn)為人類掌握的技能和知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人類所能表達(dá)的內(nèi)容。很簡(jiǎn)單的舉例是騎自行車，一般人都會(huì)騎自行車，但是你怎么把騎自行車說(shuō)得很清楚，或者我要教給一個(gè)不會(huì)騎自行車的人騎自行車，通過(guò)語(yǔ)言或者書面表達(dá)、口頭表達(dá)不大可能，我們表達(dá)不出來(lái)，越是底層本能性的技能，越難以進(jìn)行編程和模擬。

計(jì)算科學(xué)有莫拉維克悖論，需要推理能力越高的工作，比如下棋模擬，需要的算力反而少一些，一些下意識(shí)行為，比如行走、視覺(jué)等，這個(gè)模擬需要巨大的算力，這里有一個(gè)問(wèn)題我們需要思考——可智能化。是不是我們只要想進(jìn)行就一定可智能化？實(shí)際上我前面講人和機(jī)器人相互增強(qiáng)能力，未來(lái)我們思考問(wèn)題的時(shí)候還要考慮到算力，包括以后還要考慮低碳的需求等，不能夠一味地考慮完全替代人。

機(jī)器人智能平臺(tái)以后走向開(kāi)放環(huán)境，包括機(jī)器人數(shù)字孿生、人和機(jī)器人協(xié)同、人和機(jī)器人怎么相互增強(qiáng)能力，這是非常重要的，可智能化也是值得我們思考的。未來(lái)人存在延伸，和人交織在一起的機(jī)器人是不是一種新的生命體？它有可能存在于元宇宙中間，這是未來(lái)的遠(yuǎn)景。

（內(nèi)容源自2022世界機(jī)器人大會(huì)領(lǐng)航峰會(huì)上李培根院士的演講。責(zé)編：楊思玄）

專家簡(jiǎn)介

李培根，1948年12月出生于湖北武漢。機(jī)械制造及自動(dòng)化專家，中國(guó)工程院院士，華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。曾任華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院院長(zhǎng)、華中科技大學(xué)校長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事機(jī)械制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域的教學(xué)及科研工作，主持了CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)。先后以第一完成人身份獲得國(guó)家教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國(guó)高?？萍歼M(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。主持國(guó)家級(jí)項(xiàng)目17項(xiàng)，發(fā)表科技論文百余篇，出版專著3部。