-学科融合引领机器人突破瓶颈的案例「学科融合引领机器人突破瓶颈」

学科融合引领机器人突破瓶颈的案例「学科融合引领机器人突破瓶颈」

来源:【科学网】

“未来机器人发展的三大趋势是软硬融合、虚实融合、人机融合。”8月20日下午,在2022世界机器人大会未来峰会上,英国皇家工程院院士、南方科技大学机器人研究院院长戴建生的演讲引发共鸣。

当天的主题峰会以“学科融合”为主题,除戴建生外,受邀嘉宾还有复旦大学智能机器人研究院院长甘中学,法国索邦大学教授Raja Chatila,SMC投资管理有限公司总经理马清海,美的集团首席AI官唐剑,云启资本合伙人陈昱等学术界、企业界和投资界专家。演讲专家关注的领域不同,研究的角度各异,但观点基本一致——融合发展将是机器人发展的“新未来”。

机器人发展方兴未艾

在戴建生领导的南方科技大学机器人研究院,有多位课题组长在机器人各个方向探索,包括控制、人形、外骨骼,以及水下、建筑、家用机器人等。戴建生也在这个领域耕耘已久,他从人工智能和智能机器人的发展历史、国内外研究现状分析,认为机器人的发展是事关“中国智造”的大计,尤其对提高国家工业机器人产业发展竞争力、满足国家对高端制造技术发展的需求有着极其重要的作用。

“当前智能机器人发展势头非常好,特别是在国家政策引导、各地产业升级、社会老龄化和机器人核心技术取得突破的情况下,该领域发展迅猛。”戴建生说,“但也面临一些瓶颈,需要从学科融合出发,迈向机器人发展的‘新未来’。”

戴建生的观点得到其他专家的认同,马清海以SMC为例,介绍了这家分公司遍及全球83个国家,服务于5万家自动化产业客户的机器人产业公司当前首先考虑的是向智能互联领域发展。

“现在数字化经济兴起,数字化工厂的推进和万物互联发展迅猛,我们正从传统产品向具有数字通信协议的产品过渡,开发压力传感器、流量传感器、位置温度传感器等,广泛应用工业自动化领域。”马清海说,“随着新产业的兴起和中国对集成电路、半导体方面的投资加大,都将为SMC产品和技术发展带来新的机遇。”

在唐剑的演讲中,不仅分享了对未来智慧家居发展的理念,还为听众带来了美的集团刚发布的综合型家庭服务机器人——小惟。这款机器人不仅是AI管家,还具备家庭助理、安全卫士和科技玩伴功能。它能在生活、陪伴以及教育多个场景中,能提供传话递物、日程中心、贴心留言板、购买清单、厨房助手、规划助理、学习陪伴等智能场景服务。唐剑说,“我们将聚焦攻关与服务机器人相关的核心技术,包括语音、导航、计算机视觉等,同时构建软硬件平台与机器人平台,赋能上下游企业。”

机器人发展面临障碍

“现在机器人在中国得到蓬勃发展,但实际应用中还存在一些问题。”甘中学在报告中指出,目前机器人的使用门槛还很高,一方面对操作者的素质要求较高,另一方面,一旦出现故障,维修处理对专业技术的要求也很高。同时,当前的机器人普遍存在适应性差、通用性不强等问题。

早期机器人偏重于自动化,智能化程度比较低。陈昱认为,随着传感器和软件算法的发展,机器人的智能程度需要不断加深,机器人应该向感知周边环境。进行分析决策方向发展。

“现在机器人已经走向服务行业,如咖啡机器人、茶艺机器人、烹饪机器人、售货机器人等,但这些机器人都存在通用性不强的问题。实际生活场景千差万别,未来机器人要有一个封闭式边缘系统,让它的‘大脑’分批次做决策、规划和控制。”甘中学说,“因此,可以把机器人智能分为三部分,一部分管运动,一部分管协同和管理,一部分管决策。”

戴建生同样认为,协作机器人亟待发展,但当前面临的障碍是缺少通用的应用场景和自主核心零部件,同时面临算力瓶颈。

“控制智能需要人工智能、算法和机器学习。”戴建生说,智能机器人的定义有三要素,即感觉要素、运动要素和思考要素。智能机器人发展到今天有传感型、交互型、自主型机器人,但可与人对话、能自己“思考”、无需人干预的机器人还有很大提升空间。

陈昱从投资的角度分析说,机器人行业的发展,除了市场需求痛点引领进行商业化落地外,还要从硬件、软件、前沿技术三方面看供给侧的科技对于机器人行业发展的驱动,“核心零部件、软件技术发展和前沿技术应用都需要持续发展”。

突破瓶颈需学科融合

“机器人现在还处于‘被动服务阶段’,在其具备主动服务能力后,应称为‘机器人化阶段’。”唐剑说,“未来家居生活中,会出现更多有移动机器人形态或特性的家电和家居设备。家庭服务机器人的发展就是要实现‘衣来伸手、饭来张口’的终级目标。但实现这一目标挑战极大,需要各方面积极配合、共同努力。”

甘中学团队基于云边端协同的即插即用RaaS机器人策略,构建由工蜂、章蜂、群蜂组成的“集群机器人体系”,以五元超循环网络完成所有工作的调度、工序、自动安排及自动化生产。

戴建生则从数学科学的角度提出变胞原理和壳重构,进行构态变换。“从受控机器人、可训练机器人、感觉机器人到智能机器人,发展历程是人机交换、人机共享、人机共融。这是机器人的发展方向”。

戴建生认为,机器人是典型的交叉学科,尤其和数学紧密相关,不可分割。机器人研究需要采用数学学科的前沿成果,同时也会推进数学的应用与发展。其由高等教育出版社出版的专著《旋量代数与李群、李代数》讨论了一些特殊理论问题,“比如机器人行业、机器人学习要用Euler公式,两者差别非常大,所以要将不同参数和版本数学融合起来用,通过李群、李代数联系起来”。

戴建生说,以往的机器人都是定活动、定拓扑,因此机器人不能变结构。变结构则需要变拓扑、变活动度。他将其命名为变胞机构(变拓扑、变形态、变构建、变构型)。基于变胞理论和智能变胞灵巧手,戴建生团队和企业合作,研制的机器人可用两指、三指、多指夹抓豆腐,而且力度控制掌握得非常好,豆腐完整无损伤。

法国索邦大学教授Raja Chatila认为,机器人产业的发展需要构造机器人发展生态。当前学术界、工业界都要为机器人和人工智能的应用发展承担责任。

机器人发展需要人机共融,人机共融的前提是学科融合。正如当天峰会主持人、清华大学计算机科学与技术系教授孙富春所言:机器人的本质是“机器 人”,“机器”部分的核心是“机构”,而“人”的部分承载着“智能”的功能。“机构”与“智能”相结合,将把机器人发展带向“新未来”。

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