作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2022/9/3 19:41:37
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2022世界机器人大会
深化融合创新,推动智能机器人发展“提档加速”

 

“机器人产业正在迎来一个创新发展、升级换代的重要机遇期。人机共融的智能时代已经开启,机器人具有不可限量的发展潜力……”

在近日世界机器人大会领航峰会上,与会专家们畅谈深化融合创新,推动智能机器人发展“提档加速”。

谈发展·融合是个“催化剂”

“机器人是‘新一代信息技术+高端制造’深度融合的成果,呈现出技术快速迭代、产业高速增长、应用持续深化等趋势,已经成为推动经济社会数字化转型的重要驱动力量。”在会议主旨报告中,中国电子科技集团有限公司董事长陈肇雄说。

当前,机器人发展呈现多角度融合态势。在技术上,机器人集中体现了先进制造技术与感知、通信、计算、控制等信息技术交叉融合创新,已经成为全球科技创新的热点领域;在产业上,机器人成为先进制造业发展的助推器,以工业机器人为代表的智能制造已成为制造业数字化转型的主要路径;在应用方面,机器人在经济社会领域的应用广度和深度上持续拓展,为数字经济发展提供了有力支撑。

在陈肇雄看来,我国机器人发展重在产业互促,成在协同共建,这将需要进一步深化融合发展。在产业互促方面,需要突破关键核心技术,打造系列高端产品,推动应用示范推广;在协同共建方面,则需要集智攻关关键核心技术,持续优化产业高端供给,着力提升应用广度深度,携手共建开放产业生态。

以共建开放生态为例,他指出:“应该坚持高端化、智能化发展方向,积极推动机器人技术产品标准体系建设,深化产、学、研、用合作,推进人工智能、5G、大数据、云计算等新技术与机器人深度融合应用,共同建设普惠开放平台,打造机器人产业数字基础设施。”

会上,中国工程院院士、中科院沈阳自动化所研究员王天然等专家也认为,人机共融是将来机器人技术发展的重要方面。未来,人与机器将“宛如同类”,是最好是伙伴关系,机器人将通过更精准的判断、情感认知和决策,给人提供更有好的服务。

作为世界机器人大会的永久会址所在地,北京经济技术开发区管委会副主任刘力在会上介绍,自2016年承办以来,机器人产业带来的融合效应也在显现,开发区关键领域的新技术、新产品在经开区加速涌现。区域创新创业氛围日益活跃,逐步形成以机器人、智能装备、航空航天为主导的高端装备产业发展格局。

话迭代·高科技驱动“简单易用”

“掘进机器人、采煤机器人、运输机器人、安控机器人、救援机器人,我国的煤矿机器人按照实际应用场景分类可分成5大类38种。”会上,中信重工开诚智能装备有限公司董事长陆文涛介绍。

煤矿机器人作为智能煤矿重要组成部分,是煤矿减人、提效、增安重要支撑。近几年国家各部委陆续发布了关于促进煤矿智能化发展、煤矿机器人发展相关指导意见和相关政策,加速了产业发展步伐。

以当前煤矿井下最普遍应用的防爆轨道巡检机器人为例,它们有的在冬季零下40度超低温环境下能够连续运行,有的重量只有6公斤,却搭载双目相机、云台摄像仪、多种传感器,可实时采集图像声音、红外热像、气体浓度等参数,能够可靠、高效完成巡检任务,准确判断分析巡检现场设备和环境。同时,便于机器人的管理和维护的机器人云平台也在不断发展。

不过,陆文涛表示:“虽然经历了很多年,中国煤矿机器人到目前刚刚完成0到1的步骤,从1到N还有漫长的路要走。”

他表示,当前煤矿井下有些巷道、作业面环境非常复杂,任务也非常复杂,通常需要多个或者多种机器人协同作业,随着机器人数量的增加,机器人信息有效处理及决策控制会成为问题。组织多个机器人完成复杂任务,实现复杂地形环境中多任务协同控制、多机器人协同控制与高效作业,是今后煤矿机器人研究一个新的课题。

对此,他建议“多管齐下”,例如探索多机器人协同作业技术,推动机器人智能化以及结构上小型化、模块化,让通信技术更加可靠,探索驱动系统高适应性技术,开发安全充电及新能源电池应用,推进防爆材料轻量化。

从事机器人研究近20年,ABB机器人通用工业业务中国负责人邓奇感触颇深的是,到现在为止,机器人走向应用“一点都不容易”——前期它需要技术人员和客户做充分现场交流,了解工艺、逻辑,采集所有信息后进行编程,在调试过程中考虑运动轨迹、位置、力补偿、扭矩等等等,所花费的时间往往相当长。

有没有可能让这个过程变得更简单一点?答案是肯定的。

但邓奇表示,这要先解决两个障碍:让机器人变得更加智能一点,能够帮助工程师节约现场调试编程时间;弥补闭环持续改进能力,让机器人在实际运行中有能力优化程序,在一个系统交付后给厂家或工作人员提出产线优化建议。从而让机器人变得“简单易用”。

“计算机行业从1940年到现在为止,一路走来都在向用户简单易用方向迈进。机器人也一样,从上世纪60年代至今,整个机器人应用变得越来越简单,但仍有很多路要走。”他说,这背后需要高科技的推动。

他举例说,现在ABB的机器人可以在视觉系统引导下,对无序滚动小球做实时的跟踪。而视觉系统引入机器人之前,这几乎是不可能的,因为没有办法运行编程知道小球滚动路径。未来机器人工作不仅要搭配视觉眼睛,也要听和闻,才可能辅助人类完成更复杂的工作。

中国科学院沈阳自动化所研究员李连庆表示,机器人三要素是感知、驱动和智能,现在的机器人全部是机电系统,未来要做的则是“把感知变成生命感知,智能变成神经涌现,驱动变成肌肉”。通过生命系统和机电系统在分子细胞尺度融合做出新一代机器人——类生命机器人。

说前沿·人的存在将被延伸

“当前,机器人的发展已经经历了1.0、2.0时代,我们正处于聚焦人机协作的机器人3.0时代。下一步将进入机器人4.0时代,包括自主学习、场景自适应、知识图谱应用等,通过这些技术实现机器人的‘自主服务’。”中国工程院院士、华中科技大学教授李培根的主旨报告把与会观众的思维带到了机器人研究的最前沿。

未来,4.0版本的机器人势必将融入更多新技术。李培根表示,其中之一就是数字孪生,数字孪生机器人可以与物理实体机器人在数字虚拟空间和物理实体空间实现双向映射、动态交互和实时连接,感知、认知、决策、执行的闭环控制,这种共生体机器人目前仍处于设计开发阶段。

它需要多模态感知融合、自适应交互。在开放环境中的自主移动机器人要避障、交互、操作,需要很多传感器,大部分数据在时间同步前提下进行传感,需要调用不同复杂度算法模块,包括硬件系统、边缘计算等等。

它还会用到知识图谱的技术,不同于一般百科知识图谱,机器人知识图谱时空关系要紧密联系,记录一个环境里不同时间人和物发生事件的相关讯息。

那么,4.0时代的机器人会是什么样的呢?

“未来的机器人可能是云端机器人。”李培根说,“大脑在云端的好处是,可以控制很多机器人,汇集所有连接机器人的视觉、语音等各种信息,降低机器人本体硬件需求,同时促进系统合作。”

“设想在一个大工地上,未来的智能工程机械都是机器人,不同类型的工程机械一起协同合作,由云端大脑更有效地统一调度控制等,并独立于本体持续升级。”李培根展望说。

在他看来,未来的机器人与人之间的互动融合将会进一步增强。随着智能机器人技术的发展,它们可以延伸人的存在,成为物理机器人和特定人的融合;或者机器人融合某个人的意识,机器人感知也可以成为某个人的感知。

“人们将有两种类型躯体可以选择:一种是真实的躯体,是通过体内液体流动与真实世界相联;再是虚拟躯体,通过电子流动与世界相联。”他说,与人工智能“AI”不同,智能增强“IA”则强调借助机器加强或者拓展人类的智能,而不是完全取代人类的能力。

“这一点非常重要,它代表人和机器和谐共处,智能增强让人类有效掌控机器,让机器为人类服务而不是相反。”他说。为此,在设计智能机器人时,一个重要考虑将是如何通过数字孪生将智能体虚实结合,把人的能力牵引到物理机器人上。

李培根表示,未来还需要关注后机器人元宇宙。从工业应用看,未来制造的物理空间、设计者构思空间,这些都可以映射到数字与物理交织、虚拟与现实融合的“一虚一实”制造元宇宙中,目的是通过制造元宇宙使物理的制造活动更有序、更优化。

“未来,和人交织在一起的机器人让人的存在延伸,作为一种新的生命体存在于元宇宙中,这或许一个远景。”李培根说。

 
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