漫话机器人

    林楠

    

    

    

    看点

    Multi-disciplinary Team——多元化团队

    Humanoid Robot——人形机器人

    Service Robot——服务机器人

    2015年11月23日，世界机器人大会在北京开幕。此次大会以“协同融合共赢，引领智能社会”为主题，研讨交流世界机器人研发及智能社会的发展趋势。进入21世纪以来，全球科技创新持续发展，新的科技革命与产业革命正在英姿勃发。随着信息化、工业化的不断融合，机器人受到越来越多的研讨与应用。它被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，即将成为智能社会的发展标志，改变人类的生产方式和生活方式。

    1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据ROBOTA（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和ROBOTNIK（波兰文，原意为“工--人”），创造出“机器人”这个词。从简单的时间线来看，机器人已经发展了三代，第一代的工业机器人到第二代有“感觉”的机器人，再到目前的智能机器人。机器人是多学科、高科技交叉融合的产物，涉及计算机、自动控制、新材料、新能源、人工智能等一系列前沿技术。

    国内近几年对机器人的关注越来越多，无论从公众、媒体还是政府。很多大企业或者初创公司都开始研发与机器人相关的产品。最近的小度机器人就是百度和清华美院信息系的X工作室合作研发的。米海鹏副教授是X工作室的老师之一，通过他我们进一步了解了机器人的发展状况。

    DESIGN：您主要的研究领域是什么？

    米海鹏：我关注机器人的交互问题。当有一个机器人存在时，人怎么对待他，怎么和他交互；机器人如何理解人的需求，人对机器人的需求是什么；怎样通过交互方式把自己的想法告诉机器人，让机器人忠实的执行；这些都是交互问题。对于不同形态的机器人就有不同的交互，关注不同形态的机器人在不同情境下应该用什么样的交互方式更好，这是我感兴趣的。

    DESIGN：目前清华研发机器人的团队情况？

    米海鹏：有不同的研究团队，每个团队的侧重点不一样。计算机系偏重机器人的智能方面，自动化系偏重机器人在产业界的应用；机械系偏重机型的结构、运动能力；信息艺术设计系偏重艺术性、设计、与应用的结合。我们X工作室的老师和学生都来自不同学科，有的来自工程领域，有的来自设计领域。我们主要研究两个部分一个是家用机器人，另一个是和艺术相关，偏公共雕塑和展示之类的机器人。研究偏向基础研究，面对中国市场，在中国用户的使用习惯下机器人会有哪些特点。通过用户实践、心理学实验的方式，判断机器人所具有的特点，或者具有某些特点之后人会有怎样的反应。我们不独立完成一个机器人从开发到生产的全过程，而是更关注机器人面对用户时，用户会有哪些需求、感受，机器人在不同特性下'有哪些设计的可能性，从学术角度做出一些贡献。

    DESIGN：国内高校研发机器人的情况？

    米海鹏：国内高校近年来对机器人的研究力度明显加大。以清华为例，有的专业研究机器人的机械及运动性能，有的研究控制方面，有的研究智能。但是跨学科的交叉和协作做的还不够好。

    DESIGN：机器人的概念是怎样的？

    米海鹏：机器人泛指一切具有自主运动行为的机器。在国外ROBOT的概念并不特指人形机器人，但在中国由于带了一个“人”字，很容易让人联想到人的形态，近几年特别火的也是人形机器人。实际上机器人的范围很广。

    DESIGN：机器人分类及所占比例？

    米海鹏：最多的是工业机器人，主要在工业流水线上作业，是带动机器人产业发展最重要的市场。中国是工业机器人的第一消费大国。其次是服务类机器人，面向终端用户，家用或者个人。这类机器人仍然处在探索期，它的大规模市场化终将到来。目前此类机器人中真正得到大规模应用的就是扫地机器人。此外特种机器人主要负责救灾、救治伤员、地形考察、核电站检测、打捞沉船等，都是人很难到达的地方。主要面向政府、特种机构，规模比较小。还有一类艺术型的机器人，面对展览展示、公共空间。

    DESIGN：研发机器人的团队构成是怎样的？

    米海鹏：机器人是跨学科的领域，没有标准团队构成，取决于研究的侧重点，一般是多学科交叉的团队，包括机械工程师、电子工程师、程序员、计算机科学家、设计师、心理学家等，组成很多元化。

    DESIGN：机器人的设计流程是怎样的？研发周期有多久？

    米海鹏：工业机器人会有相对的设计规范，完全从功能出发，解决流水线上的问题，更多由工程师引导。对于家用、社交化的机器人，首先要明确它的作用，是为了解决家用的功能还是其它，随着任务定义的不一样，设计流程也会不一样。传统的设计流程可能会有，从功能出发，完成一些列符合功能的结构设计、功能设计，最后是造型设计。这样的流程会让工程师和设计师割裂开来。国外好的机器人设计从一开始就由设计师做主导，工程师和设计师相互配合，同时考虑功能和美感。研发周期很难评估，大学的研究具有先锋性、实验性，不是为了制造产品或者短期获利，这样的研究不会设定时间节点，因为中间会有很多流程不清楚。而对于一个面向产品开发的机器人，周期取决于产品的本身。国内研发周期相对较短，从立项到产品工程样机完成可能要一年。

    DESIGN：国内外机器人的发展情况？

    米海鹏：机器人在国外已经有几十年的发展历程了，发展强国包括欧美和日本，都有很深的积累。但国内的发展还处于一个初级阶段，大众的认知以及产业界的方向把控都在一个摸索期。除了工业机器人有一些明确的市场细分定位，其他方面都还比较模糊。对于面向终端用户的机器人，企业定位和民众需求都在探索，消费者虽然感兴趣、有尝鲜心理，但都没有达到成为必需品、必须购买的阶段。如何找到一个固定的需求，还要很长的一段路。国内的机器人发展由技术领域的公司引导，有很好的技术背景，工程可以实现，但对于机器人的社会属性及人文关怀还比较缺失。他们较多地研究机器人的功能、如何实现，对于如何与人打交道，人如何对待它，以及它应该有怎样的形式让人觉得舒服，这些方面涉及的还比较少。机器人的设计也相对落后，大部分公司都是模仿或者在模仿基础上有微小创新，生产一些机器人产品，有面向送餐等服务业的，有面向展览演出的，等等。

    DESIGN：研究机器人比较好的国家及各自研究的特色？

    米海鹏：日本最大的特色是人形机器人的研究，非常超前，是世界最领先的。他们是最早研究人形机器人的国家，对人形机器人的研究有很多不同侧重点。早期研究机器人走路的步态，模拟人走步的平稳顺畅。之后研究表情，是不是可以高度模拟人的表情。人的表情非常丰富，不说话也能传达很多信息，但想从机器人身上获取这些很困难。石黑浩是研究表情最著名的教授，去年在北京的展会上，他也带来了一个有表情的机器人，是以他的妻子为原型。通过表情肌肉的控制，皮肤的质感柔软有弹性，使得看起来很像一个人，可以模仿大部分表情。还有声音的合成，现在我们有语音合成的软件，在日本有学者研究模仿人的声带，用机械器官通过发气的方式，发声也非常贴近人的效果。日本对于拟人机器人的研究有很大的群体，许多教授在不同的侧重点进行研究，他们也有很多好的呈现，包括本田的ASIMO、索尼的QRIO、石黑浩的表情的机器人等等。

    美国研究机器人的特点是不拘泥于人形，而是取决于需求。在战场的复杂地形上，也许一个狗的形态就更合适，那么就研究在这样一个特殊环境下执行任务的机器人如何更好地完成任务。JIBO需要在房间里和人交流，不一定有四肢，一样让人觉得可爱，这是它很实际的地方。另一方面美国对于机器人智能的研究应用是最超前的，包括机器人的规划能力、决策能力等，也就是机器人大脑的研究。举个例子，很多家庭都有扫地机器人，最早的一台扫地机器人就诞生在美国，IROBOT扫地机器人源自MIT。它之所以可以走进家庭是因为解决了一个问题，用一个成本比较低的家用扫地机器人如何把整个房间扫遍而不留死角。这看似简单，却是一个复杂的决策问题，需要非常复杂的机器人学理论。美国最早将它产业化应用起来。现在扫地机器人已经被普通大众接受了，但有意思的是，我们拿一个美国产的机器人和国内厂商做的机器人做对比，扫地功能差不多，而能不能把房间扫遍不留死角却有差别，或者用多久能够扫遍不留死角也存在差异，这是美国比较强的一点。此外美国对集群机器人的研究也非常深。在电影《超能陆战队》里，天才少年发明的机器人是一个小关节，卡拉翰教授把小关节复制成千上万后变得非常可怕。动画片里的概念不是想象来的，而是有真实依据，这个研究就叫做模块化机器人。研究像蚂蚁一样的小东西，当它们形成一个集群一个社会的时候，就变成惊人的机器人复合体，具有很强的战斗力，应用在某些特定领域。

    欧盟特别注重机器人的研究，尤其是法国和瑞士有机器人研究的据点，他们研究协作式机器人和集群式机器人。协作式机器人就是人和机器人协作完成某种任90传统流水线上只是机器人在工作，按照既定的程序完成任务，整个过程中不需要人的参与。但很多工作机器人不能独立完成。例如人擅长从许多东西中找到需要的，或者对杂乱无章的东西归类排序，这些对机器人很难。机器人也有很多人不擅长的本领，比如精确的拧螺丝，多少圈、多少度，或者装盒，正好装到盒子里，这些机械性的、要求动作精确的，机器人更擅长。正因为这些特点，研究人员让人和机器人协作，共同完成一个任务，各自完成擅长的，用人机协作改变传统机器人独立工作的模式。集群机器人是一个机器人小分队里有不同分工，有侦查的，有行动的，有执行特种任务的，等等。这样一个小分队去完成一个特种任务，效率很高，而不是把所有功能集合成一个超级英雄。

    DESIGN：比较著名的机器人公司？他们代表的机器人是什么？有何特点？

    米海鹏：做人形机器人的公司在全世界范围内都很少，在欧美也不是重要的研究领域。人形机器人最早是70年代由日本早稻田大学提出的，在日本研究的很多。

    现在著名的机器人公司有波士顿动力（BOSTON DYNAMICs），从MIT派生出来，这个公司的特点是实用，和美国军方合作，研究可以在战场上使用的机器人，在复杂地形进行运输的机器人。最为国内大众熟知的是一只大狗，有四条腿，跑起来速度很快，踹一脚也可以马上站起来不会倒下。如果把这样的大狗成群的投入战争，就会像科幻电影一样可怕。目前这家公司已经被谷歌收购。还有一家公司最近很热，就是JIBO，也是由MIT的一位教授创立的。JIBO是面向家庭的情感陪伴式机器人，只能放在桌子上，可以转动头和身子，有表情，可以沟通、对话、拍照、设定闹钟等。它的设计很灵巧，不像电子设备，而是有种人的感觉，有感情、灵性的东西在里面，这是它成功的地方。最早的宣传视频在国内网站上火起来，之后国内出现了大批类似这种机器人的初创公司或大公司的尝试。比如小鱼在家，是很著名的创业公司，倡导将远程视频通话机器人化，有一个屏幕可以自动跟踪，当人移动时，始终保持在屏幕正中间。还有百度的小度机器人，京东、海尔、腾讯、微软也都在做，有的已经发布，有的正在研究中。目前这类偏向智能硬件和机器人结合的都属于家用机器人，成为家庭的新成员，有情感陪伴功能，跟孩子沟通，和老人互动，可以远程视频，监控空气质量，提醒天气时间，甚至手机可以执行的功能，订餐、查询地图等，这些都是在JIBO的启发下，结合中国市场的创意，他们关注的用户群、解决的功能有类似重叠的地方。

    工业机器人领域最著名的公司有三家，ABB、库卡KUKA、安川电机YASKAWA。他们的市场占有率很高，做机械手臂在流水线上抓取、组装、焊接，动作精准。

    其他比较著名的是研发NAO的一家法国公司ALDEBARAN ROBOTICS，也是从大学的一个研究项目派生出来的，NAO是一个很，成功的人形机器人，最初用来进行仿人机器人动作形态的研究，面向大学和机构。它本身是一个非常完整的机器人研究平台，支持二次开发。成本很高，售价十万人民币的量级，很难普及进入家用市场。他在各大展会上的出镜率很高，许多机器人公司暂时没有制造机器人的能力，但可以买一台NAO自己编程序。国内有一些自闭症康复训练机构，用NAO教自闭症孩子进行行为矫正。机器^与自闭症的研究有很悠久的历史，因为机器人容易被这些孩子接受。

    DESIGN：国内目前已经研发问世的机器人有哪些？

    米海鹏：我了解的产品和应用主要有三类，一类是以扫地机器人为代表的功能性的家用机器人，一类是面向社交需求的家用机器人，还有一类是面向餐厅等场合的营销性质的机器人，例如送餐和表演型机器人。

    DESIGN：高校做机器人和企业做机器人有何区别？

    米海鹏：国外高校研究机器人非常基础，研究企业、大众想象不到的新的机器人形态。人形的、非人形的、动物形态的、可以组装的、可修复的、模块化的，最早都发源于实验室的研究，并不以短期获利为目标。大学对于机器人的研究主要是探索可能性，什么样的形态是新的可能，什么不可以，研究终端用户，研究人对于机器人的需求是什么。比如说，日本开始研究类人机器人时，不停的希望机器人很像人，包括一举一动，一颦一笑，表情皮肤，都要像人。但在研究中一个学者发现，当这个机器人越来越像人的时候，开始人的好感度会不断上升，但到某个临界点，已经非常像，但还有一点不像时，人就会非常排斥这样的机器人，好感度急剧下降，直到他非常像人，才可以回升，画一条曲线，像一个谷，这是机器人学界非常著名的恐怖谷理论，由大学实验室的教授研究出来。最开始并不会知道有这样一个理论，而是在研究中发现。这些很基础的东西都来自于大学，他们不追求利润，研究机器人在什么样的场合有什么样的需求，针对不同使用者会出现什么问题，这才是大学关注的。企业研究机器人一定要有利润，即使短期没有，长期也要有，一定会切合到市场需要什么、用户需要什么，它的成本怎样。企业研究机器人会用到比较成熟的理论和技术，这样没有风险，然后怎么降低成本，怎么通过营销让它转化成利润，这些是企业研究机器人更实际的问题。国内的现状很尴尬，大学和企业在研究机器人方面并没有很好的结合，有些大学在为企业做研发，而企业理论和技术储备不多，自己还要做很多尝试，这是目前学术界和产业界的一个现状。

    DESIGN：机器人与市场的结合是怎样的？米海鹏：主要两方面，一是以扫地机器人、拖地机器人、擦窗机器人为代表的契合家用需求的机器人，具有明确的市场定位，成本也相对低廉，大众可以负担得起。二是和服务业相结合，比如机器人餐厅主要通过机器人送餐，这类餐厅还蛮火爆，迎合了大众的尝鲜心理，是一种营销策略。除此以外，走向市场的机器人例子还不是很多，有些产品只限于发烧友或者同行从业人员，大家买来捧场或者研究，真正进入普通消费者的还很少。另外就是和文化创意产业相结合，比如随着电影《星球大战：原力觉醒》而热销的BB-8，通过APP可以有很好的互动。本身像玩具，不解决什么问题，但和电影人物结合，成为一种传统模型手办的替代品，也很成功。这也是未来一个很重要的市场，作为电影动漫的周边产品。将机器人作为另一种形态的玩具也很有市场。例如美国孩之宝公司做的一个毛绒玩具FURBY，可以陪孩子说话，也是一个成功的机器人玩具。

    DESIGN：目前机器人的普及有哪些问题？

    米海鹏：主要还是市场需求，普遍民众对于机器人很感兴趣，但还没有找到一个急需的点。找到需求点，再以合理的成本，帮助人完成一定的任务，完成的效果还比较好，才有普及的空间。随着技术越来越先进，成本越来越低，以及民众的接受度，普及会逐渐扩大。

    DESIGN：介绍下无人机及其应用？

    米海鹏：无人机从广义讲也属于机器人的一种，这几年无人机也被国人广泛关注，最开始是来自发烧友、极客们，用无人机做一些类似航模的工作。无人机可以分为两种，一种是人为操控的，一种是自主飞行的，前一种是市场的主流。无人机在航拍摄像领域占据很大份额，但主要还是依靠遥控，摄像师通过地面遥控来控制镜头的移动。航拍无人机本身带有一套稳定系统，拍摄时有一套机制算法保障画面稳定，摄影师主要控制飞行的位置。另一种可以自主飞行的更像机器人，通过感知能力、路径规划避障能力，实现自己从_个点到另一个点的飞行。无人机是世界级的难题，也是研究热点，目前还没有进入家用应用阶段。

    “人工智能会是下一个20年颠覆人类社会的技术，它的力量将堪比电与互联网”，“世界互联网之父”凯文·凯利曾这样预测。在大会上我们也看到很多先进的机器人技术及应用，但这并不能涵盖整个机器人领域最超前的发展状况，还有很多高精尖的研究在科研室里不被我们发现。近几年，服务机器人、人工智能机器人、无人机等得到了广泛关注。从未来趋势看，服务机器人将成为热点，服务社会各方面的需求。目前机器人的普及应用还面临成本较高、功能单一、智能化水平不高等障碍。但随着全球科技协同创新、各学科融合发展，以及各国科研机构和企业的合作，机器人的普及应用终将克服一切困难，为人类更好的发展提供帮助。