从“仿生”到“超生”人机协同的服务机器人离我们多远?

人机协同的服务机器人离我们有多远?在影视作品里,《终结者》T800为了完成任务而存在,最终帮助了人类领袖;《星球大战》的R2-D2憨态可掬,在关键时刻总能扭转乾坤;《人形电脑天使心》的小叽,是宅男的生活好伙伴。在现实世界里,波士顿动力开发的机器大狗和跑酷机器人Atlas,都实现了非常惊喜的动作。

在行业专家的眼里,服务机器人的核心在于“服务于人”,它是制造业中让人向往的所在。如何定义服务机器人?服务机器人能做什么事情?服务机器人面临哪些挑战?腾讯研究院司晓院长邀请了5位行业大咖:中国科学院院士、华中科技大学机械科学与工程学院教授丁汉;清华大学长聘教授、清华未来实验室主任徐迎庆;香港中文大学(深圳)机器人与智能制造研究院副院长,深圳市人工智能与机器人研究院特种机器人中心主任丁宁教授,以及腾讯首席科学家、RoboticsX实验室及腾讯AI Lab 负责人张正友;腾讯投资董事总经理余海洋,共同解读服务机器人的进化旅程。

从“仿生”到“超生” 机器人有五感也有精神表达

中国科学院院士、华中科技大学机械科学与工程学院教授丁汉指出,从“仿生”到“超生”,有形似、神似、群体智能、生态系统四个层次。把机器人的发展路线从执行能力和应对变化的能力来进行分解,机器人的价值是在应用空间,人工智能主要在虚拟由机器人执行。机器人和人机形成协作互利共生的方式,就不是一个威胁,而是更有生命力了产品。

丁汉院士认为,总体看机器人有3大类,工业机器人、特种机器人和服务机器人。服务机器人一直对各方面的技术突破要求非常高。目前机器人的概念也在演进,机器人可以说是无处不在,包括机械臂,AGV,海陆空机器人,以及情感交流,陪护等人机交互的服务机器人等。

他认为,机器人目前最主要的感知是视觉。机器人的工业界应用大多涉及到手眼怎么协同;其次是力觉和触觉,触觉需要柔性电子的相关技术。未来随着机器人的发展,这些功能会慢慢随着问题牵引走向成熟。

清华大学未来实验室和清华大学美术学院设计艺术系的徐迎庆主任,目前主要围绕多模态人机交互及智能界面材料研究开展研究,包括嗅觉检测与计算、基于视觉/听觉/触觉的无障碍设计、脑机接口、生物材料界面设计、人造薄膜材料制备、机器人乐队、智慧家居、情感计算等,以人来比喻的话,就是视觉、听觉、触觉、嗅觉、和味觉这五感,以及人类的七情六欲等精神表达。

为了让机器人获得与人类对现实世界的感知相似的能力,从感知到认知,再到实现智能行为,人类需要对机器人进行赋能行为。未来机器人的多模态交互是对于未来机器人与人类交互问题研究的重点和难点。

徐迎庆主任认为按应用阶段可以分为多模态感知、 基于多模态数据的认知与决策、未来机器人的多模态交互方式三个部分。特别是让机器人也拥有嗅觉,是下一代机器人以及人机交互研究领域必不可少的一个方向。嗅觉交互-电子鼻的应用不仅对未来基于物联网的搜索提供了新的手段,也在公共安全、家庭健康、卫生护理等领域有着重要的应用。

在智慧康养领域,嗅觉检测可以帮助人们进行非侵入式的检测,减少感染的可能性,例如呼气检测查幽门螺旋杆菌,受检查者呼几口气留取样本,就能准确地检测出是否存在幽门螺杆菌感染,检查灵敏度高,检出率和符合率也很高。再比如目前糖尿病检测血糖主要是依靠针扎破手指的有创检测,但酮类物质也是唐尼昂并患者呼出气体的标志性气体之一。之后如果可以提供口腔异味检测,通过分析口腔内的微生物,尤其是革兰阴性厌氧菌分解有机物后产生异味来诊断,病人就无需承受痛苦。

在家庭环境中,不仅能够自动监控燃气,家庭电器的也可以通过味道监测来排查安全隐患。或者是在现代农业中,也可以通过气味来判断果实成熟程度,这些都需要广泛的嗅觉机器人的支持。

在触觉方面,全世界视力受损人群有2.53亿,其中有3600万是全盲患者,我们国家2019年的数据大概有1763万,其中有很多是儿童或者是青少年,清华大学未来实验室为盲人做了一台盲人专用计算机,配有性价比最好的高分辨触觉终端,可以显示高精度的触感盲文和触觉图像,这个项目也入选了腾讯的技术公益计划。

机器人的核心技术:A2G,智能化发展:“SLAP”

腾讯首席科学家、RoboticsX实验室及腾讯AI Lab 负责人张正友博士认为:“自主性”是智能化的表现。计算机视觉发展好,是因为传感器,即摄像头存在的比较久,而且可以标准化,分辨率越来越高,噪声越来越低,积累了很多的数据,尤其是互联网把很多数据积累起来了,从而去训练图像识别等。但是像触觉,目前传感器还没有一个标准,嗅觉也是一样的,这方面传感器的感知能力目前还是缺乏的,这个必须要往前推进。既要从研究的角度,也要从业界工业的角度,怎么让触觉传感器和嗅觉传感器越来越灵敏、效果越来越好,很多人会投入到AI技术加上新的传感器的能力,这样一结合以后,人机共生会往前推进。

在计算机视觉技术的推动过程中,跟生活最相关的,就是扫地机器人和送餐机器人,通过计算机视觉,训练AI,识别物体,来判定是目标对象还是障碍物。张正友博士认为“机器人的核心技术可以用A2G来概括,刚好七个方向和七个技术点:“A”是人工智能AI,因为机器人必须要能看能听能说能思考,“B”是机器人的本体,不同的机器人的本体能够实现不同的能力;“C”是控制control,ABC构成了机器人的基础能力层。在基础之上,要继续往前探讨新方向,比如说“D”是发育学习(英文developmental learning),机器人跟人不一样,人从出生开始就不断尝试各种机械的、学习的、社交的、情感的等等能力,持续升级,服务机器人也希望有一个进阶的过程。“E”是EQ,要理解人的情感并做出相应的反应。“F”是灵巧操控,如果没有灵巧操控,到后面服务机器人很难进入到人机共生阶段的。最后,机器人智能化以后,再加上学习、情感和操控能力,可以跟环境交互、跟互联网交互、跟其他机器人交互、跟人交互,到最后,服务机器人就变成我们的守护天使(G,guardian angel),比如我们离父母很远,如果有一个机器人的话,即使出现什么状况,机器人有时自己可以救助老年人,如果不行可以用合适的方式通知社区的护工或者是医院等。我的期待是,机器人真正要变成人类的守护天使。”

同时,张正友博士认为,服务机器将从自动化往智能化发展,可以用“SLAP”来概括。“S”代表感知,“L”代表学习,“A”代表执行,“P”代表规划。机器人的感知和行动之间是紧密相连的,这样就可以实现反应式的自主。整个系统都需要有学习的能力,通过跟环境的交互,能力要不断地提高,从失败中学习,也要从成功当中学习。当机器人可以实现自主或者智能以后,机器人的应用就非常多了,比如复杂工艺的操作,老年人的陪伴护理等。腾讯机器人实验室进一步做了分解,是三个支柱,第一个是灵敏运动,在平整和不平整的路面上,机器人可以稳定地从一个地方运动到另外一个地方。第二是灵巧操作,要能够完成一些物理的任务,比如扶老年人走路、喂老年人吃饭的能力,否则机器人的用处不是很大。第三是智能体,机器人需要能够学习到高效的运动和协作能力,包括怎么针对复杂任务分解。

解决最后一公里 要看需求和供给的碰撞

中国服务机器人产业占据全球超1/4,这个数据是截至到2021年底的,可能由于疫情推动,各种送餐消毒的数量爆增,让中国的服务机器人在全球占据了一定的份额,不过总体水平并不尖端,同质化竞争非常严峻,大部分是基于室内环境下轮式移动平台加上互动的载体,后续需要往高精尖努力。

深圳市人工智能与机器人研究院特种机器人中心主任丁宁教授指出,医疗行业游戏分工明确,场景具体,相互之间的支持边界不是那么开放,对人机协作的服务机器人支持较好,机器人能够理解人需要它做什么,到了什么环节做什么,实现跟人的配合。

丁宁教授认为,现在深度学习的算法效果已经很好了,但是对于常识的表述、传承、表达的方法,现在还有挑战。这些常识是人理解环境和自然整个运作机理很关键的内容,但怎么让机器理解,是一个挑战,不是简单让它背一个公式就可以的。

服务机器人的落地,还需要解决最后一公里的问题。腾讯投资董事总经理余海洋认为,从投资的角度来讲,主要是看需求和供给的碰撞,过程中,第一要看需求是否大,第二是把大的需求切分成小需求,并一个一个解决小的需求。服务机器人的发展也还需要渐进式的优化。在实际不同场景当中,看看可以优先解决哪些问题,包括通过资金注入来支持创业者持续迭代优化。

最后是人们最关注的隐私问题,需要产业界共同探讨,合理解决。

现阶段智能机器人产品的初心是要解放双手、让机器人去完成枯燥的家庭事物和复杂的业务流程。大的方向是人机协同,让用户信任人工智能,而不是用机器人完全取代人类的就业。机器人最终是为了服务于人而生的,不论人机协同的服务机器人离我们多远,科技向善,让技术变得更可解释、更可信和更安全,都是整个机器人行业的信条。

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