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面向人類:機器人不變的初衷
——談人工智能與機器人融合發展

2019-06-20 10:22:33 來源: 《前沿科學》 作者: 汪 兵

達闥科技    

即使是在科技如此發達的今天,我們仍處在解放生產力這一發展初衷。

1956年的夏季,John McCarthy等人首次提出“人工智能”概念:人工智能就是要讓機器的行為看起來就像是人所表現出的智能行為一樣。

1997年IBM公司“深藍”電腦,到2016年DeepMind公司的AlphaGo,人工智能技術無不努力踐行著最初的理念,Siri、Cortana、DuerOS等對話式語音控制系統也進入了人類生活。即便如此,我們還只是徘徊在智能的大門前。 

厚積薄發,機器人市場需求快速增長

想要真正做到解放生產力,走向智能化,必須解決的是如何使機器面向人類。特定環境下的特定任務完成已不再是技術難題,解決機器面向多角色、多場景的規?;蝿杖允且淮筇魬?。

賦予機器類人思維,讓機器展示出像人一樣的行為,這是我們渴望人工智能技術做到的事情之一。人工智能包括自然語言處理、語音識別、計算機視覺、機器學習、知識圖譜和人機交互等技術,它依賴于海量數據的處理、存儲、傳輸。

機器人,作為集成人工智能、機械、電子、控制、傳感等多學科先進技術于一體的自動化裝備,從應用分類上,可大體分為工業機器人、服務機器人和特殊應用機器人。傳統工業機器人的發展使得機器人的硬件基礎相對完善,日本、歐洲和美國作為工業機器人制造強國,實現了精密減速器、控制器、伺服電機、傳感器等核心零部件完全自主化;中國、韓國雖落后于日歐美,但都在加緊布局,持續推動機器人產業硬件基礎發展。整個機器人市場規模持續快速增長,各國加緊布局,推動創新政策支持。

為使機器人真正成為減輕人力負擔有效又可靠的途徑,當今時代背景下機器人既需要繼續發展肢體構架等硬件支撐問題,又需要解決賦予其“思維能力”的算法問題,實現其在家庭服務、交通、醫療等多領域的廣泛應用。 

技術受限,底層伺服系統落地的瓶頸

我國機器人底層技術及基礎部件制造處于劣勢,核心零部件依賴進口導致國內機器人企業偏向于系統集成,企業集中在中低端產品,以組裝和代工為主,這極大地限制了我國機器人自主發展與創新突破。

底層伺服系統是機器人產業必須用到的關鍵零部件,在機器人整體硬件成本中占有相當高的比重。目前我國市場上的眾多服務機器人如哈工大迎賓機器人威爾、工大餐飲賓館服務機器人小智、優必選的 CRUZR、小米智能的小覓等大多采用性能低端的舵機作為核心驅動原件,在精度、速度、力量、穩定性、壽命、矢量控制各個方面遠不及采用工業伺服電機系統的服務機器人。底層伺服驅動、新型伺服電機、高精度減速器等核心技術被國外壟斷,嚴重制約了我國機器人行業的發展。

高集成化的伺服系統是機器人底層發展的大趨勢,不僅是高端機器人領域的核心技術,還是一次工具革命,更是極大地驅動了傳統制造產業智能化升級。

高集成度的伺服產品綜合技術壁壘較高,伺服的難點不僅在把驅動器、電機、減速器等高度集成,最難的是使擁有國際水平的伺服控制技術和電機技術兼容所有硬件。傳統機器人廠商多專注于某一核心部件的研發生產,如納博特斯克、哈默納科專注于減速器的研制生產,全球四大工業機器人生產商都使用自己生產的控制器加外購伺服電機和減速器來生產自己的工業機器人。這種現象的普遍性使得在市場應用中需從不同供應商采購非集成化零部件,導致機器人的兼容性差。另外,傳統伺服產品針對中大型工業環境應用,體積較大,廠商忽視中小型伺服市場,大多不開發高集成度的伺服產品。

歐美、日本憑借技術優勢和良好的產品性能占據了伺服系統市場的大部分份額,國產替代的道路還是有一定的距離。打破機器人核心零部件國外封鎖局面是中國機器人產業的發展重點,對我國改變制造業大而不強的局面有著重要的促進作用,同時也能有效推動高新技術及相關產業的發展。 

降低成本,執行器走向商用的關鍵

在攻克技術難點的同時,如何實現成本和價格的降低,讓大家買得起、用得起,是推進高端智能機器人產業化落地與大規模商用的關鍵。

高端服務型機器人的執行器產品是機器人最底層硬件基礎,需要具有高度集成化、結構緊湊、體積小巧、輸出扭矩大、速度適中、安裝簡單、易于控制、控制精度高的特性,賦予機器人控制關節更高的行動執行能力,提高機器人的安全性和動態性能,使服務機器人能夠和人類共同工作和生活。

市場上能找到的類似產品并不多,成本卻非常高昂,這使得其搭建的機器人產品成本變得非常高昂。Altas是波士頓動力最新的仿人形機器人,其成本高達200萬美元;某種程度上代表日本人形機器人最高水平的ASIMO造價更是在300—400萬美元之間,遠遠無法進入消費市場。其他同類型產品更是多存在于航空航天及其他頂級機器人的關節驅動等尖端研發領域,根本不對商用市場開放。

通過分析行業現狀與技術難題,經過長期的自主創新,達闥科技邁開產業化第一步,率先攻克技術難關。其研發核心技術產品SCA智能柔性執行器是對傳統的工業用剛性執行器的革命性突破,解決了連接多個關節形成各種機器人本體架構問題,解決了服務機器人的關節控制和安全使用的問題;同時,該執行器已經開始投產,成本低于150美元,在大規模量產后,整個機器人的成本將會低于3萬美元,租賃使用時每月服務成本可以不到1000美元,服務未來商業大規模應用的需求,也為未來機器人規?;a奠定了基礎。 

算法突破,機器人發展的重要基石

隨著底層硬件的不斷發展與突破,賦予智能機器人“思維能力”的軟件算法也在蓬勃發展,強強結合才能真正突破霧里看花的隔閡,更加實際地支撐各種應用場景。

人工智能技術是走進商業化的高端服務型機器人靈魂,利用機器學習和數據分析的方法賦予機器類人的能力,重點要讓機器能夠解決人腦所能解決的問題。數學與工程學是人工智能發展的重要基石,信息論、統計學、控制論、機器學習、深度學習、腦科學與認知科學等學科的發展,多項不同技術交叉融合,同時依賴于海量數據的處理分析,服務型機器人擁有了“大腦”“眼睛”“嘴巴”等“生理器官”。將機器人的大腦置于云端,在機器人身體和云端大腦之間創建一個安全高速的專網。通過云端大腦運營不同類型的機器人,同時支持機器人在線開發,將機器人認知系統與感知系統連接起來,將機器智能技術與人類智能輔助相結合,實現視覺智能、語言對話智能和機器人運動智能有機融合。

“大腦”指揮下,機器人“識別”任務內容,如端茶:“眼睛”看到這是一杯茶,“大腦”操作手臂接近這杯茶,緊接著控制手掌抓握形狀、力度、精度等,像人一樣端起茶,穩穩地運送至指定位置,放下,完成整個端茶指令。

抓取、點按,甚至穿針這樣極為精細的動作實現,使得機器人具有比擬人類的服務能力,為智能服務機器人大規模商用奠定基礎,可廣泛應用在教育、養老、醫療、零售、金融、電信等多個領域。 

以人為本,打造生態共迎機器人時代

在大的人工智能發展背景下,機器人產業的發展也將進入一個新的時代。一方面,我們需要將智能機器人打造成為一種通用而非一個公司獨有的產品,形成一種標準化產品與技術,帶動國內外更多的上下游廠商一起加入產業鏈,實現協同創新。

當前,中國人工智能的功能開發更多地依賴處于入門水平的開源算法,這就意味著在未來發展中,還需要加大應用數學、統計學、仿生學等基礎學科的研究投入,開發出真正達到實用水平的算法,這也是眾多學術界專家所關注的算法問題。

另一方面,想要機器人真正實現服務于人的功能,還需建設一套更高帶寬、更高傳輸速率的安全云網絡以滿足機器人龐大算力資源需求。在此基礎上,系統集成商與創新機構需要開發出更接近生活的新產品,最終促進整個機器人行業全產品的換代升級,形成一整套生態體系產品。

機器人產業智能化發展將對傳統的迎賓、物流、安防、制造等行業體系產生重大沖擊,在這場浪潮中,我們要保持警醒,不斷結合新的技術,探索新的應用場景,保持始終如一的以人為本的精神,將人力從重復繁瑣性工作中解放出來。但這并不意味著人類社會將迎來大量失業,恰恰相反,有限的人力會被更多地吸收進創造性工作中,人類更多的智力、精力集聚思想碰撞,將反推科技進步。

 (原文刊載于《前沿科學》2019年第2期



責任編輯: 桂楷東
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