主講人 | 熊 蓉

科技部重點專項智能機器人專家組專家浙江大學機器人實驗室主任

智能機器人，讓人類的生活更美好

主講人 | 熊 蓉

科技部重點專項智能機器人專家組專家浙江大學機器人實驗室主任

捷 克作家卡萊爾·卡佩克在他1921年的文學作品《羅薩姆的萬能機器人》中第一次提出機器人概念。機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并從事繁重的工作的機器。這本小說十分有名，它描述了機器人技術(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。達芬奇在他的手稿里設計了一個完整的機器人，而且對它進行了力學分析。在我國很多古書的記載中也能看到機器人的影子，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行物資運輸，所以機器人一直都是古今中外人們的一個夢。

機器人發(fā)展應用已走過近40年的歷程

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

1997年，美國宇航局發(fā)射了第一個火星探測機器人，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)了可以自動進行清掃的機器人，這也是機器人第一次走進平常百姓的生活，它能避開家具到達家里的每個角落，把整個房間打掃干凈，大大減輕了人類進行家庭清掃的工作負擔。

從2005年開始，研究的重點在于機器人如何進一步融入到人類的生活，為人類提供各種服務。模擬手臂的機器人已被推廣到了醫(yī)療手術(shù)中，形成了非常有名的達芬奇機器人系統(tǒng)。這些機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年最新的機器人已經(jīng)可以上下樓梯快速行走，奔跑時速達每小時九公里，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。

智能機器人應用范圍已基本實現(xiàn)全覆蓋

現(xiàn)在整個世界對機器人都有極大的需求，新型機器人正在不斷被開發(fā)出來，十分成熟的機器人技術(shù)和系統(tǒng)越來越被廣泛地應用到了各個領域，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、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)都開始用機器人來替代人完成這些工作。

浙江省2013年啟動了機器人換人的項目。國家主席習近平在2014年的兩院院士會議上指出，我國已經(jīng)成為了機器人的最大市場，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；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)機器人的應用；第四次工業(yè)革命是由移動互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)把所有的機器人、生產(chǎn)設備、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)劃來助推機器人越來越多地應用到各個制造領域中。

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

電子產(chǎn)品裝配，比如由兩個機器人配合來完成鼠標或者USB的裝配。蘋果手機用機器人來做拆解回收，把一個完整的蘋果手機通過一個機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。

物流倉儲領域也大量使用機器人，浙江國自研發(fā)了搬運重物的機器人——ATV，它可以沿著地上鋪設的磁條運行，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器人，你下了一個單子，計算機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器人完成了，人只要把貨物拿下來即可。

軍事上機器人也得到了廣泛的應用，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器人，帶著裝備去檢測設備的安全性。

在醫(yī)學上，人們用牙疼機器人來給牙科學生進行技術(shù)培訓和評估，機器人打分合格后學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，被應用于治療抑郁癥。

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

2017年將推廣情感類型的機器人，它可以觀察人在哪里，表情怎么樣，用語音交互進行對話，還可以移動。每天早上醒來后可以和桌面機器人對話，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，控制車子進行安全駕駛。

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

未來應探索機器人自主學習修復等能力

很多如核電站等危險的環(huán)境更適合機器人進入工作，2011年美國和德國各有一臺機器人進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入惡劣環(huán)境的機器人，替代人排除險情，是現(xiàn)在面臨的問題。

現(xiàn)在浙大研發(fā)了乒乓球機器人，可以跟人進行乒乓球?qū)Υ?，也可以雙機對打。它可以適應不同的球速，接打旋轉(zhuǎn)球，機器人通過識別球上的商標來確定一個球旋轉(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習呢？我們可以讓機器人來學會生成程序，自動執(zhí)行。也有人提出來機器人能不能具有獨立思考的能力，根據(jù)人的說話邏輯進行模仿，然后進行應對。計算設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，然后同時進行運算。

電影《超能陸戰(zhàn)隊》里有一個微型機器人，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，把小的移動機器人，從一個形狀自主地變換成為另外一個形狀。

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

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、柔性傳感的機器人，能夠跟人進行安全的接觸。像柔性的電子皮膚，它可以裝在機器人上確保安全，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)來進行器官檢測。我們要做的是如何實現(xiàn)人機之間自然的交互、如何模擬視覺去區(qū)分環(huán)境，如何進行語意的理解。

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

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《杭州》雜志社

2017年2月15日