服務機器人距離產業化還有多遠？
——訪上海交通大學陳衛東教授

服務機器人距離產業化還有多遠？
——訪上海交通大學陳衛東教授

陳衛東簡介：上海交通大學教授，機器人與智能信息處理研究所所長。長期從事智能機器人、多機器人學和微操作等領域的研究。其主持的智能輪椅和智能導游機器人等成果曾亮相于上海世博會并獲得好評。

世界科學：請您先展望一下，未來服務機器人的應用前景。

陳衛東：服務機器人是繼工業應用之后機器人技術的又一個發展機遇，有望進入到生活的方方面面，全面提高人類的生活質量。就目前而言，比較有希望實現并推廣的有這樣幾種用途。

首先是老年扶助機器人。現在我國面臨著很嚴峻的老齡化趨勢，全國60歲以上的老年人口已經超過兩億，比例是 14.9%；上海更嚴重，達到了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。比如我們現在在做的智能輪椅，就能夠實現自動定位和自主導航，實時獲取環境信息，規劃路徑，直接把老人送到目的地。將來還能配合機械手，實現吃飯、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。傳統的假腿只是些簡單的機械結構，比如參加奧運會的“刀鋒戰士”，整體而言對用戶和環境的適應性很差。智能假腿能夠自動適應用戶，甚至自動操作。比如打滑了，能自動控制做出一些反應，而不僅僅是被動接受。傳統的假手很大程度上是裝飾性的，智能化的產品就能夠做出一些實際的操作。

第三類是居家、護理機器人。不是像前兩個那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。做飯、取物、清潔、安全監控、遠程互動等等，還能跟遠程醫療掛鉤。這方面交大已經有了做飯的機器人，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。這種產品物美價廉，市場很大，我國發展的也非常快。更高級的產品也在不斷發展，比如加上定位功能實現路線規劃等。其他的產品，擦地的、擦窗的、清理管道的等等，也都已經出現了。

第四類是教育娛樂的機器人。現在很多中小學甚至大學都采用了機器人作為教具。上海中學就有機器人實驗室。機器人的交互性好，學起來不枯燥。學科內容也很綜合，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。近些年我國的相關產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。

還有就是偏專業應用的醫療機器人。手術機器人現在已經應用的比較廣了，比人更精確、穩定，而且不知疲倦。而且人手的自由度和運動范圍有限，機械機構則可以做的又小又靈活，還能跟影像設備結合在一起，提高手術水平。此類產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品仍然無法完全適應各種不同的需求，價格也很昂貴。此外還有理療、康復功能的機器人，上海也有交大和上海大學等單位正在研究。

世界科學：服務機器人的應用前景非常廣闊。那目前的發展過程中還存在著那些問題阻礙著這個產業的全面爆發？

陳衛東：主要的問題有技術的也有經濟的。徹底解決這些問題、讓大眾完全接受服務機器人產品還是需要一個過程。

技術上來講，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，尤其是服務機器人跟工業機器人又不一樣，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？控制系統也是一樣。Windows系統這么成熟了還是不斷要打補丁，機器人的控制系統也難免有Bug。服務機器人所處的環境又那么復雜，必須要考慮到各個環節故障出現了怎么辦。這一點上來說，清潔機器人現在發展的最成熟，也是有安全要求較低的因素——清潔機器人發瘋了頂多四處撞墻，沒什么危害。其他的大型機器人在安全方面的要求就高多了。安全問題在技術上也是個系統工程，軟硬件各個環節都要留心。比如硬件上，借鑒電動螺絲刀的機構設計，到達一定的力之后機械結構會主動脫開不再施力。軟件上的進步空間更大。我們的智能輪椅已經在食堂、地鐵等環境下測試過，能夠在復雜的動態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，第二個技術問題就是如何提高智能化水平。我們說了服務機器人的工作環境比工廠復雜得多。工廠里的工業機器人大部分都是固定的、環境可控的。服務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、識別出環境的變化，并且不斷做出判斷、修改執行方案，最終實現目標。智能輪椅旁邊突然跑過一群人，輪椅就必須即時發現障礙物，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，缺乏制造的規模效應。服務機器人涉及的很多機械結構、電機、傳感器等零部件的采購成本，都與市場規模有關的。要解決這個問題，一個是直接的，盡快開拓市場。另外就是在技術上迂回解決，主要是學習之前計算機產業的標準化、模塊化的路子。現在不同廠家生產的計算機部件，都是能夠任意互換的，對維護也方便。機器人現在還做不到這一點，但相關研究已經受到了重視。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都實現模塊化、高度互用，從而節約成本，提高效率。

世界科學：在服務機器人科研成果的產業化方面，您有哪些體會？

陳衛東：從整個服務機器人產業來說，硬件比軟件成熟的多。從電機到傳感器在內的各種零件都已經是在其他領域中充分發展過的。所以軟件才是個更核心問題。現在已經有大公司開始在布局服務機器人的軟件系統了。微軟曾經搞了個Robotics Studio的操作系統，后來又有Willow Garage公司推出的ROS（Robot Operating System）系統。這種對操作系統平臺的爭奪就像手機上的安卓系統同iOS系統的競爭，能夠在很大程度上左右未來服務機器人產業的發展。目前看來，微軟走的還是當年Windows的思路，系統相對封閉。而ROS是開源的，可以貢獻自己的模塊，互相調用集成，是個開放的平臺。現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用的主流。這是技術的成功也是商業機制的成功。機器人確實千奇百怪，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。

除了操作系統本身，在這一平臺上對不同機器人進行的應用開發和深度優化也是一項重要工作。我們的輪椅的研發就借鑒了ROS系統，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的各個方面的技術，控制、機械都有了，已經是一個完整的生產鏈條了。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的。智能輪椅的路徑規劃本質上就是搜索，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”，其智能度都是體現在優秀的搜索方案上。所以從這些方面來說，谷歌雖然剛剛進入機器人產業，但絕對不是個外行。轉入機器人行業的IT公司也不止谷歌一家。我國的聯想也成立了機器人部門，而且在很多年前就曾經來到交大考察過，說明并不是一時跟風的舉動。

以谷歌為首的IT公司的介入，直接帶來的一個技術預期是互聯網技術對服務機器人的滲透。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。如果應用互聯技術使機器人保持時刻在線，或許可以將許多復雜計算在遠端解決。互聯網也提供了龐大的知識量，能夠讓機器人深入挖掘、充分利用，應對不同的問題隨時產生解決方案。

世界科學：您對我國以及上海市的服務機器人產業的發展有何建議？

陳衛東：在我國，機器人產業和其他很多產業相類似，整體而言就是集成能力較強，但缺乏核心零部件的生產能力。這一問題在我國工業機器人產業的發展中就非常明顯。電機、減速器、控制器等等重要部件都被國外壟斷，我們自己的發展就常常被“卡脖子”。服務機器人在這方面的障礙則相對較小。服務機器人對負荷、精度等性能的要求較低，因此對結構、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采購。而在軟件、控制等方面，服務機器人產業也沒有產生工業機器人那樣的壟斷格局。不算ROS這類已經結合了商業推廣因素的成功產品，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，本身很適合發展服務機器人產業。從我們實驗室先后走出去的人才分散到了工業、代理、工程、定制安裝等各個機器人領域。

上海也有未來伙伴這種非常有特色的機器人公司。展望未來的發展前景，首先是配套的軟件開發方面的能力建設。上海在該方面有比較扎實的人才儲備和培養基地，這也對應著機器人問題的核心。其次是傳感器，上海現在起步有點晚，但其意義并不僅僅在于機器人產業，是可以應用到其他很多領域的支撐性產品。在核心的技術方面，我們的智能定位和導航系統可以用在輪椅上，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品上。建立好自身的技術基礎，才能為上海服務機器人的進一步發展提供可能。

[采訪：沈應龍][責任編輯：李 輝]