服務(wù)機(jī)器人距離產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)？
——訪上海交通大學(xué)陳衛(wèi)東教授

服務(wù)機(jī)器人距離產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)？
——訪上海交通大學(xué)陳衛(wèi)東教授

陳衛(wèi)東簡介：上海交通大學(xué)教授，機(jī)器人與智能信息處理研究所所長。長期從事智能機(jī)器人、多機(jī)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(jī)器人等成果曾亮相于上海世博會并獲得好評。

世界科學(xué)：請您先展望一下，未來服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用前景。

陳衛(wèi)東：服務(wù)機(jī)器人是繼工業(yè)應(yīng)用之后機(jī)器人技術(shù)的又一個發(fā)展機(jī)遇，有望進(jìn)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(jī)器人。現(xiàn)在我國面臨著很嚴(yán)峻的老齡化趨勢，全國60歲以上的老年人口已經(jīng)超過兩億，比例是 14.9%；上海更嚴(yán)重，達(dá)到了27%。老年人的身體機(jī)能會有所下降，行動、視力、認(rèn)知、抓握等能力都可以通過機(jī)器人來彌補(bǔ)。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(jī)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(jī)器人，尤其是彌補(bǔ)肢體功能缺失的智能假肢。傳統(tǒng)的假腿只是些簡單的機(jī)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)，而不僅僅是被動接受。傳統(tǒng)的假手很大程度上是裝飾性的，智能化的產(chǎn)品就能夠做出一些實際的操作。

第三類是居家、護(hù)理機(jī)器人。不是像前兩個那樣直接增強(qiáng)人體機(jī)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(yuǎn)程互動等等，還能跟遠(yuǎn)程醫(yī)療掛鉤。這方面交大已經(jīng)有了做飯的機(jī)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(jī)器人。這種產(chǎn)品物美價廉，市場很大，我國發(fā)展的也非常快。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。

第四類是教育娛樂的機(jī)器人。現(xiàn)在很多中小學(xué)甚至大學(xué)都采用了機(jī)器人作為教具。上海中學(xué)就有機(jī)器人實驗室。機(jī)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(jī)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(jī)器人、無人機(jī)等等，都很受歡迎，出口量很大。

還有就是偏專業(yè)應(yīng)用的醫(yī)療機(jī)器人。手術(shù)機(jī)器人現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用的比較廣了，比人更精確、穩(wěn)定，而且不知疲倦。而且人手的自由度和運動范圍有限，機(jī)械機(jī)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(dá)芬奇是較成功的，中國也有不少進(jìn)口。不過達(dá)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(jī)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(jī)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(jì)的。徹底解決這些問題、讓大眾完全接受服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品還是需要一個過程。

技術(shù)上來講，最難、也是最重要的問題就是安全。計算機(jī)不會動，出了故障不會威脅人身安全。機(jī)器人要互動，尤其是服務(wù)機(jī)器人跟工業(yè)機(jī)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(jī)械上出了故障，比如電線斷了、電機(jī)失靈、不聽控制了，打到人怎么辦？控制系統(tǒng)也是一樣。Windows系統(tǒng)這么成熟了還是不斷要打補(bǔ)丁，機(jī)器人的控制系統(tǒng)也難免有Bug。服務(wù)機(jī)器人所處的環(huán)境又那么復(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(jī)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(jī)器人發(fā)瘋了頂多四處撞墻，沒什么危害。其他的大型機(jī)器人在安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(jī)構(gòu)設(shè)計，到達(dá)一定的力之后機(jī)械結(jié)構(gòu)會主動脫開不再施力。軟件上的進(jìn)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(dāng)然，整體上提高安全性仍然需要不斷的改進(jìn)。

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(jī)器人的工作環(huán)境比工廠復(fù)雜得多。工廠里的工業(yè)機(jī)器人大部分都是固定的、環(huán)境可控的。服務(wù)機(jī)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(biāo)。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(jì)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(jī)器人涉及的很多機(jī)械結(jié)構(gòu)、電機(jī)、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(jī)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的路子。現(xiàn)在不同廠家生產(chǎn)的計算機(jī)部件，都是能夠任意互換的，對維護(hù)也方便。機(jī)器人現(xiàn)在還做不到這一點，但相關(guān)研究已經(jīng)受到了重視。863計劃也在支持一個機(jī)器人模塊化的專項，我們也參與了。整個項目的目標(biāo)是在軟硬件上都實現(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(jī)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)來說，硬件比軟件成熟的多。從電機(jī)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(jī)器人的軟件系統(tǒng)了。微軟曾經(jīng)搞了個Robotics Studio的操作系統(tǒng)，后來又有Willow Garage公司推出的ROS（Robot Operating System）系統(tǒng)。這種對操作系統(tǒng)平臺的爭奪就像手機(jī)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前看來，微軟走的還是當(dāng)年Windows的思路，系統(tǒng)相對封閉。而ROS是開源的，可以貢獻(xiàn)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(jī)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(jī)制的成功。機(jī)器人確實千奇百怪，不是一個模式能解決、能包攬的，一家公司包打天下確實比較困難。而ROS的策略就比較適合，能夠集思廣益。

除了操作系統(tǒng)本身，在這一平臺上對不同機(jī)器人進(jìn)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(jìn)。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(jī)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(jī)器人相關(guān)的各個方面的技術(shù)，控制、機(jī)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(dāng)年下國際象棋的“深藍(lán)”，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(jìn)入機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，但絕對不是個外行。轉(zhuǎn)入機(jī)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(jī)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。

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(jī)器人的滲透。為了保證充足的運算能力，目前機(jī)器人的信息處理單元在機(jī)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(jī)器人保持時刻在線，或許可以將許多復(fù)雜計算在遠(yuǎn)端解決。互聯(lián)網(wǎng)也提供了龐大的知識量，能夠讓機(jī)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有何建議？

陳衛(wèi)東：在我國，機(jī)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(qiáng)，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(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中就非常明顯。電機(jī)、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“卡脖子”。服務(wù)機(jī)器人在這方面的障礙則相對較小。服務(wù)機(jī)器人對負(fù)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(dāng)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)也沒有產(chǎn)生工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)器人領(lǐng)域。

上海也有未來伙伴這種非常有特色的機(jī)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(jī)器人問題的核心。其次是傳感器，上海現(xiàn)在起步有點晚，但其意義并不僅僅在于機(jī)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(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展提供可能。

[采訪：沈應(yīng)龍][責(zé)任編輯：李 輝]