服務(wù)機器人距離產(chǎn)業(yè)化還有多遠訪上海交通大學(xué)陳衛(wèi)東教授.docx

服務(wù)機器人距離產(chǎn)業(yè)化還有多遠？訪上海交通大學(xué)陳衛(wèi)東教授飾性的，智能化的產(chǎn)品就能夠做出一些實際的操作。不是像前兩個那第三類是居家、 護理機器人。樣直接增強人體機能 ， 而是像個保姆一樣 ， 在 家 里做各種家務(wù)。 做飯、取物、清潔、安全監(jiān)控、遠程互動等等，還能跟遠程醫(yī)療掛鉤。這方面交大已經(jīng)有了做飯的機器人 ， 目前還 是 面 向 食 堂 、 飯 店 等 公 共 用途，將來可能走向家庭。還有就是最近比較火的清潔機器人。 這種產(chǎn)品物美價廉，市場很大，我國發(fā)展的也非?？?。 更高級的產(chǎn)品也在不斷發(fā)展，比如加 上定位功能實現(xiàn)路線規(guī)劃等。 其他的產(chǎn)品，擦地的、 擦窗的、清理管道的等等，也都已經(jīng)出現(xiàn)了。陳衛(wèi)東簡介：上海交通大學(xué)教授，機器人與智能信息處理研究所所長。 長期從事智能機器人、多機器人學(xué)和微操作等領(lǐng)域的研究。其主持的智能輪椅和智能導(dǎo)游機器人等成果曾亮相于上海世博會并獲得好評。現(xiàn)在很多中小第 四 類 是 教 育 娛 樂 的 機 器 人 。世 界 科 學(xué) ： 請您先展望一下 ， 未 來 服 務(wù) 機 器 人的應(yīng)用前景。陳衛(wèi)東：服務(wù)機器人是繼工業(yè)應(yīng)用之后機器人 技術(shù)的又一個發(fā)展機遇，有望進入到生活的方方面 面，全面提高人類的生活質(zhì)量。 就目前而言，比較有 希望實現(xiàn)并推廣的有這樣幾種用途。首先是老年扶助機器人。 現(xiàn)在我國面臨著很嚴學(xué)甚至大學(xué)都采用了機器人作為教具。 上海中學(xué)就有機器人實驗室。 機器人的交互性好，學(xué)起來不枯 燥。 學(xué)科內(nèi)容也很綜合，材料、機械、電氣控制、電腦 編程、能源，都有所涉及，教學(xué)效果很好。 娛樂類的， 最早就是索尼的 AIBO，后來被裁掉了。 近些年我國 的相關(guān)產(chǎn)品也開始大量 上 市 了 ， 仿 人 機 器 人 、 無 人 機等等，都很受歡迎，出口量很大。峻的老齡化趨勢，全國 60 歲以上的老年人口已經(jīng)手術(shù)機還 有 就 是 偏 專 業(yè) 應(yīng) 用 的 醫(yī) 療 機 器 人 。超 過 兩 億 ，比 例 是 14.9% ； 上 海 更 嚴 重 ，達 到 了器人現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用的比較廣了，比人更精確、穩(wěn)定，27%。老年人的身體機能會有所下降，行動、視力、認知、抓握等能力都可以通過機器人來彌補。 比如我 們現(xiàn)在在做的智能輪椅，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動定位和自 主導(dǎo)航，實時獲取環(huán)境信息，規(guī)劃路徑，直接把老人 送到目的地。 將來還能配合機械手， 實現(xiàn)吃飯、喝 水、取物之類的操作性功能。第 二 類 是 助 殘 機 器 人 ， 尤其是彌補肢體功能缺 失的智能假肢。 傳統(tǒng)的假腿只是些簡單的機械結(jié)構(gòu)， 比如參加奧運會的“刀鋒戰(zhàn)士”，整體而言對用戶和環(huán) 境的適應(yīng)性很差。 智能假腿能夠自動適應(yīng)用戶，甚至 自動操作。 比如打滑了，能自動控制做出一些反應(yīng)，而且不 知 疲 倦 。而且人手的自由度和運動范圍有 限， 機械機構(gòu)則可以做的又小又靈活 ， 還 能 跟 影 像設(shè)備結(jié)合在一起，提高手術(shù)水平。 此類產(chǎn)品中達芬 奇是較成功的，中國也有不少進口。 不過達芬奇一 家的產(chǎn)品仍然無法完全適應(yīng)各種不同的需求，價格 也很昂貴。 此外還有理療、康復(fù)功能的機器人，上海 也有交大和上海大學(xué)等單位正在研究。世界科學(xué)： 服務(wù)機器人的應(yīng)用前景非常廣闊。 那目前的發(fā)展過程中還存在著那些問題阻礙著這 個產(chǎn)業(yè)的全面爆發(fā)？陳衛(wèi)東：主要的問題有技術(shù)的也有經(jīng)濟的。徹而不僅僅是被動接受。傳統(tǒng)的假手很大程度上是裝底解決這些問題、讓大眾完全接受服務(wù)機器人產(chǎn)品世界科學(xué) 2014.937創(chuàng)新上海 還是需要一個過程。技術(shù)上來講， 最難、 也是最重要的問題就是安 全。 計算機不會動，出了故障不會威脅人身安全。 機 器人要互動， 尤其是服務(wù)機器人跟工業(yè)機器人又不 一樣， 與人的距離非常近， 甚至是物理上的直接接 觸。 機械上出了故障，比如電線斷了、電機失靈、不聽 控制了，打到人怎么辦？ 控制系統(tǒng)也是一樣。 Win- dows 系統(tǒng)這么成熟了還是不斷要打補丁，機器人的都實現(xiàn)模塊化、高度互用，從而節(jié)約成本，提高效率。世界科學(xué)：在服務(wù)機器人科研成果的產(chǎn)業(yè)化方 面，您有哪些體會？陳 衛(wèi) 東 ： 從整個服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)來 說 ， 硬 件 比 軟件成熟的多。 從電機到傳感器在內(nèi)的各種零件都 已經(jīng)是在其他領(lǐng)域中充分發(fā)展過的。 所以軟件才是 個更核心問題。 現(xiàn)在已經(jīng)有大公司開始在布局服務(wù)機器人的軟件系統(tǒng)了 。微軟曾經(jīng)搞了個 Robotics控制系統(tǒng)也難免有 Bug。服務(wù)機器人所處的環(huán)境又Studio 的操作系統(tǒng)，后來又有 Willow Garage 公司推那么復(fù)雜， 必須要考慮到各個環(huán)節(jié)故障出現(xiàn)了怎么辦。 這一點上來說，清潔機器人現(xiàn)在發(fā)展的最成熟， 也是有安全要求較低的因素清潔機器人發(fā)瘋了 頂多四處撞墻，沒什么危害。 其他的大型機器人在安出的 ROS（Robot Operating System）系統(tǒng)。這種對操作系統(tǒng)平臺的爭奪就像手機上的安卓系統(tǒng)同 iOS系統(tǒng)的競爭，能夠在很大程度上左右未來服務(wù)機器 人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 目前看來，微軟走的還是當年 Win- dows 的思路，系統(tǒng)相對封閉。 而 ROS 是開源的， 可 以貢獻自己的模塊 ， 互 相 調(diào) 用 集 成 ， 是 個 開 放 的 平 臺。 現(xiàn)在很多機器人都支持 ROS，效率高，全世界都 在用， 可以把工作分享 ， 也是目前我們研究和試驗 中所應(yīng)用的主流。 這是技術(shù)的成功也是商業(yè)機制的 成功。 機器人確實千奇百怪，不是一個模式能解決、全方面的要求就高多了。安全問題在技術(shù)上也是個系統(tǒng)工程，軟硬件各個環(huán)節(jié)都要留心。 比如硬件上，借鑒電動螺絲刀的機構(gòu)設(shè)計，械結(jié)構(gòu)會主動脫開不再施力。到達一定的力之后機軟件上的進步空間更大。 我們的智能輪椅已經(jīng)在食堂、地鐵等環(huán)境下測試過，能夠在復(fù)雜的動態(tài)遮擋中不斷計算路線，防止撞 人。 當然，整體上提高安全性仍然需要不斷的改進。 除了安全之外，第二個技術(shù)問題就是如何提高智能化水平。 我們說了服務(wù)機器人的工作環(huán)境比工 廠復(fù)雜得多。 工廠里的工業(yè)機器人大部分都是固定能包攬 的 ， 一家公司包打天下確實比較困難 。ROS 的策略就比較適合，能夠集思廣益。而除了操作系統(tǒng)本身，在這一平臺上對不同機器人進行的應(yīng)用開發(fā)和深度優(yōu)化也是一項重要工作。 我們的輪椅的研發(fā)就借鑒了 ROS 系統(tǒng)，但是又做了 很多針對性的改進。 比如建立了完善的軟件測試環(huán) 境，做了定位模塊。 這些具體工作同樣是很重要的。 近期谷歌大規(guī) 模收購機器人公司的舉動我也 注意到了。 他收購的這些公司，基本上覆蓋了跟機 器人相關(guān)的各個方面的技術(shù)，控制、機械都有了，已 經(jīng)是一個完整的生產(chǎn)鏈條了。 谷歌本身也做了很久的、環(huán)境可控的。服務(wù)機器人的工作場合可能在家里 ， 也可能在公共場合 ， 是 非 常 多 變 的 ， 要 快 速 檢測、識別出環(huán)境的變化，并且不斷做出判斷、修改執(zhí) 行方案，最終實現(xiàn)目標。 智能輪椅旁邊突然跑過一 群人， 輪椅就必須即時 發(fā) 現(xiàn) 障 礙 物 ， 同 時 計 算 出 最 短的又不會撞人的合理路線。 這就是自主性、智能 性的要求，需要不斷提高。經(jīng)濟方面的問題，主要還是成本。 而成本問題在 很大程度上是因為目前的銷售量還沒上去， 缺乏制 造的規(guī)模效應(yīng)。 服務(wù)機器人涉及的很多機械結(jié)構(gòu)、電 機、傳感器等零部件的采購成本，都與市場規(guī)模有關(guān) 的。 要解決這個問題，一個是直接的，盡快開拓市場。 另外就是在技術(shù)上迂回解決， 主要是學(xué)習(xí)之前計算 機產(chǎn)業(yè)的標準化、模塊化的路子。 現(xiàn)在不同廠家生產(chǎn) 的計算機部件， 都是能夠任意互換的， 對維護也方 便。 機器人現(xiàn)在還做不到這一點，但相關(guān)研究已經(jīng)受的無人車研究，有很多相通之處。而且他在搜索領(lǐng)域的深厚積累也非常有意義 。因為所謂的人工智 能，在實際的工作過程中很多都是通過搜索來實現(xiàn)的。 智能輪椅的路徑規(guī)劃本質(zhì)上就是搜索，在大量 選擇中搜索最佳路徑 ； 當年下國際象棋的 “ 深 藍 ”， 還有參加知識競賽的“沃森”，其智能度都是體現(xiàn)在 優(yōu)秀的搜索方案上。 所以從這些方面來說，谷歌雖 然剛剛進入機器人產(chǎn)業(yè)，但絕對不是個外行。 轉(zhuǎn)入 機器人行業(yè)的 IT 公司也不止谷歌一家。我國的聯(lián)想 也成立了機器人部門，而且在很多年前就曾經(jīng)來到 交大考察過，說明并不是一時跟風(fēng)的舉動。到了重視。863 計劃也在支持一個機器人模塊化的專項，我們也參與了。 整個項目的目標是在軟硬件上38世界科學(xué) 2014.9 創(chuàng)新上海以谷歌為首的 IT 公司的介入，直接帶來的一個技術(shù)預(yù)期是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對服務(wù)機器人的滲透。 為了 保證充足的運算能力，目前機器人的信息處理單元 在機體的成本、能耗、空間方面都占有重要比重。 而 且隨著智能度水平的提高，對運算能力的要求也會 越來越高。 如果應(yīng)用互聯(lián)技術(shù)使機器人保持時刻在 線，或許可以將許多復(fù)雜計算在遠端解決。 互聯(lián)網(wǎng) 也提供了龐大的知識量， 能夠讓機器人深入挖掘、 充分利用，應(yīng)對不同的問題隨時產(chǎn)生解決方案。世界科學(xué)：您對我國以及上海市的服務(wù)機器人 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有何建議？陳 衛(wèi) 東 ： 在 我 國 ， 機 器 人 產(chǎn) 業(yè)和其他很多產(chǎn)業(yè) 相類似， 整體而言就是集成能力較強 ， 但 缺 乏 核 心 零部件的生產(chǎn)能力。 這一問題在我國工業(yè)機器人產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展中就非常明顯。 電機、減速器、控制器等等 重要部件都被國外壟斷，我們自己的發(fā)展就常常被（上接第 30 頁）其中與 LIGO 最為接近的一個競爭對手是位于 意大利比薩附近的激光干涉引力波探測項目 Virgo。 Virgo 如同是 LIGO 的“ 小妹妹”： 一個臂長 3 000 米的干涉儀，其靈敏度大約為 LIGO 的四分之三。與LIGO 類似，Virgo 搜索目標主要集中在碰撞中的雙中子星 ， 自 2007 年 運 行 至 今 ， 也沒有發(fā)現(xiàn)引力波 。 Virgo 目前也在升級改造，并計劃在 LIGO 升級后的 一年左右與其聯(lián)機，以分享各自的數(shù)據(jù)。 意大利國 家核物理研究所 Virgo 項目負責(zé)人喬 瓦 尼洛 蘇 爾 多 （Giovanni Losurdo） 認 為 ， 至 關(guān) 重 要 的 是 ， 分 布 在 不同地區(qū)的干涉儀，將有助于天文學(xué)家們準確捕獲 到任何引力波信號源。當 Virgo 和 LIGO 升級之際，德國的 GEO600 引力 波 觀 測 站 帶 有 兩 個米 臂 長 的 干 涉600儀 正在監(jiān)測著天空， 盡管其靈敏度比 LIGO 和Virgo 相對差一些。 包括將最早于 2018 年運行的日 本在建的神崗引力波探測器（KAGRA），歐洲正在醞 釀的三個 1 萬米臂長的愛因斯坦望遠鏡，以及歐空 局（ESA） 計劃于 2034 年發(fā)射一個空間引力波 探 測 器 LISA，也將在該領(lǐng)域躍躍欲試。為使天文學(xué)家更精確地探測到引力波的來源， 在 LIGO 升級改造之時，LIGO 團隊提出在印度放置 第三個探測器的設(shè)想，并且已經(jīng)建造了一套相應(yīng)的“ 卡脖 子 ”。服務(wù)機器人在這方面的障礙則相對較 小。 服務(wù)機器人對負荷、精度等性能的要求較低，因此對結(jié)構(gòu)、動力方面的高端器件的依賴度較低。當然傳感器也仍然是個短板。 我們的輪椅中，除了最貴的激光測距傳感器之外其他主要部件都能在國 內(nèi)采購。 而在軟件、控制等方面，服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)也 沒有產(chǎn)生工業(yè)機器人那樣的壟斷格局。 不算 ROS 這 類已經(jīng)結(jié)合了商業(yè)推廣因素的成功產(chǎn)品，我國單純 在在軟件編程的能力上并不弱。就 上 海 而 言 ， 既有充足的人才 儲 備 ， 也 有 廣 大 的市場需求，本身很適合發(fā)展服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)。 從 我們實驗室先 后走出去的人才分散到了工業(yè) 、 代 理、工程、定制安裝等各個機器人領(lǐng)域。上 海 也 有 未來伙伴這種非常有特色的機器人 公司。 展望未來的發(fā)展前景，首先是配套的軟件開 發(fā)方面的能力建設(shè)。 上海在該方面有比較扎實的人 才儲備和培養(yǎng)基地 ， 這也對應(yīng)著機器人問題的核 心。 其次是傳感器，上?，F(xiàn)在起步有點晚，但其意義 并不僅僅在于機器人產(chǎn)業(yè)，是可以應(yīng)用到其他很多 領(lǐng)域的支撐性產(chǎn)品。 在核心的技術(shù)方面，我們的智 能定位和導(dǎo)航系統(tǒng)可以用在輪椅上，將來也可以做 成通用的功能模塊移植到其他各種類型的產(chǎn)品上。 建立好自身的技術(shù)基礎(chǔ)，才能為上海服務(wù)機器人的 進一步發(fā)展提供可能。采訪：沈應(yīng)龍責(zé)任編輯：李 輝組件，正在等待印度新政府的選址和撥款。從目前情況看， 印度可能在 2022 年實施這個項目并為此耗資 3.5 億美元。與上述這些引力波探測項目相比， 大多數(shù)物理 學(xué)家都對升級后的 LIGO 最終將發(fā)現(xiàn)引力波比較樂 觀。 “如果我們達到設(shè)計的靈敏度，但沒有得到任何 探測結(jié)果的話， 那么這將不