智能機器人的未來展望

李璐彤

摘 要：考慮到發達國家勞動力不足的現狀，機器人的研發逐漸由僅能單一重復地工作轉向智能機器人。應用物聯網感知技術、移動互聯網無線通信技術以及大數據挖掘和人工智能技術研發的機器人不僅可以大大緩解勞動力不足的現狀，更對解決老齡化問題大有裨益，是未來機器人發展的趨勢。

關鍵詞：智能機器人；物聯網；大數據

智能機器人是什么？

智能機器人并不是按照預先設計好的程序或者工作人員的指揮來工作，而是根據自己的判斷來行動，這就是智能機器人。未來的智能機器人應該是具備傳感器和執行器，能夠處理來自傳感器感知的信息并指導執行器操作的機器。即智能機器人的行動由傳感器感知信息決定。智能機器人中含有各種類型的傳感器，控制智能機器人執行各類行動。

以往，機器人大多應用于工業領域，尤其是汽車和電子制造業。而未來，隨著老齡化社會的到來，很多機器人將走進家庭，與人類共同生活。工業機器人在工廠工作，應用于固定的工作環境，工作內容也只需預先通過計算機軟件設計好程序，然后簡單地重復工作即可。但工作于社會環境中的智能機器人則需要更加高級的環境感知能力。例如智能家用機器人需要通過感知來不斷調整方位，回避桌椅等物體。即在“雜亂”的工作環境中工作，和人類共同生活的智能機器人必須具備各類傳感器，以感知周邊環境信息，并根據所處環境采取相應的行動。

一、從IT，DT到RT

近年來，隨著互聯網、物聯網、云計算等信息技術與通信技術的迅猛發展，數據量的暴漲成了許多行業共同面對的嚴峻挑戰和寶貴機遇。“人類正從IT時代走向DT時代”，阿里巴巴集團創始人馬云在各種場合都不遺余力地推銷自己的觀點，信息社會已進入大數據（Big Data）時代。大數據的涌現改變著人們的生活、工作方式及企業的運作模式。馬云認為，IT（Information Technology）時代以自我控制、自我管理為主，而DT（Data Technology）時代則是以服務大眾、激發生產力為主的技術。這兩者之間看似是技術的差異，實則是思想觀念層面的差異。

隨著新一代信息技術、大數據和人工智能的發展，基于云計算、大數據、物聯網的智能機器人將在各領域廣泛應用，機器人技術（Robot Technology）時代將隨之到來。

機器人技術涉及眾多領域，具有多學科交叉和融合等特點。機器人正在逐步發展成為具有感知、認知和自主行動能力的智能化裝備，是數學、力學、機構學、材料科學、自動控制、計算機、人工智能、光電、通信、傳感、仿生學等多學科和技術綜合的成果，其發展水平體現了國家高技術領域的綜合實力。我國現階段機器人的發展需要提升智能和自主作業能力、改善人機交互能力、提高安全性能，解決制約“人機交互”“人機合作”“人機融合”的瓶頸問題，突破三維環境感知、規劃和導航、類人的靈巧操作、直觀的人機交互、行為安全等關鍵技術。

機器人是新型技術的融合，為了使之能夠適應功能的需求及保持其智能化的穩定性，要求機器人具備許多前沿科技。通常看來，RT技術主要由傳感器、智能控制、驅動部分組成，涵蓋計算機軟件、半導體、大數據、電子技術、通信技術、人工智能、物聯網、自動測量、自動定位、語音識別、圖像處理、環境識別、驅動技術、蓄電池等多項跨領域、跨學科的前沿技術，其涵蓋范圍如圖1所示。

世界經濟增長引擎也即將由IT，DT進入RT時代，智能機器人將成為物聯網時代各行各業以及家庭個人消費者的核心終端產品。根據國際機器人聯盟（IFR）的數據顯示，僅僅是家用機器人在2012年的全球消費總額已達到16億美元，2013—2016年估計智能家庭機器人的銷售數量將達到2 200萬臺。

二、從IR，SR到PR

機器人技術發展迅速，涵蓋內容越來越多。按照國際機器人聯盟（IFR）的分類，機器人一般分為工業機器人（Industrial Robot，IR）和服務機器人（Service Robot，SR），分類如圖2所示。工業機器人是在工業生產中使用的機器人的總稱，工業機器人是一種通過編程或示教實現自動運行，具有多關節或多自由度，同時還具有一定感知功能（如視覺、力覺、位移檢測等），從而實現對環境和工作對象的自主判斷和決策，能夠代替人工完成各類繁重、乏味或有害環境下的體力勞動的自動化機器。成套設備由工業機器人和完成工作任務所需的外圍及周邊輔助設備組成一個獨立自動化生產單元，最大限度減少人工參與，提高生產效率。

工業機器人及成套設備可廣泛應用于企業各個生產環節，如焊接、機械加工、搬運、裝配、分揀、噴涂等。工業機器人及成套設備的應用不僅能將工人從繁重或有害的體力勞動中解放出來，解決當前勞動力短缺問題，而且能夠提高生產效率和產品質量，增強企業整體競爭力。服務型機器人通常是可移動的，代替或協助人類完成為人類提供服務和安全保障等各項工作。

工業機器人并不僅僅用來代替人工勞動，同時還可作為一個可編程的擁有高級柔性、開放的加工單元集成到先進的制造系統中，適合于多品種變批量的柔性生產，提升產品穩定性和一致性。在提高生產效率的同時加快產品的更新換代，對提高制造業自動化水平意義重大。

從工廠到日常生活，機器人應用更加廣泛。

服務機器人可以分為專業領域服務機器人和個人/家庭服務機器人。服務機器人在世界范圍內具有巨大的發展潛力，發達國家的服務機器人更是有著廣闊的市場。服務機器人的發展受四因素驅動，如圖3所示。

老齡化問題。全球人口的老齡化帶來大量問題，社會保障和醫療服務、護理的需求更加緊迫，但醫療護理人員的數量卻顯不足。在這種激化的沖突之中，服務機器人作為最佳的解決方案有巨大的發展空間。

勞動力不足。由于發達國家的勞動力成本不斷上漲，而且人們不愿意從事簡單重復性高的工作，包括清潔、護理、保安等，導致發達國家從事這類工作的人越來越少，因此勞動力不足為服務機器人帶來了巨大的市場。

幸福生活指數。隨著經濟發展水平的上升，人們可支配收入增加，使得人們能夠購買服務機器人來幫助人們提升幸福生活指數，讓機器人替代人去做各種家務，而人們則可獲得更多的空閑或者娛樂時間。

科技進步。隨著物聯網感知技術、移動互聯網無線通信技術以及大數據挖掘和人工智能技術的成熟，智能機器人更新換代的速度越來越快，成本不斷下降，能實現的功能越來越多。

國際機器人聯盟對服務機器人做了初步定義：服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益于人類健康的服務工作，但不包括從事生產的設備。數據顯示，目前世界上至少有48個國家在發展機器人，其中25個國家已涉足服務型機器人的開發。

未來，隨著機器人遍及社會各個角落，每個人都能感受到機器人應用帶來的效果。例如：在老齡化嚴重的情況下，醫療護理的重要性日益凸顯。如果機器人得到深度應用，就可以提供許多目前還未實現的高級醫療手段，提供負擔較輕、質量較高的護理服務。服務機器人應用范圍廣闊，除了醫療護理外，還包括維護保養、修理、運輸、清洗、保安、救援、救災等工作。尤其是家庭和醫療領域的應用潛力尤其巨大。隨著全球人口老齡化進程的加快，產生了許多社會問題，例如對于老齡人的看護以及醫療護理等。光靠財政手段解決這些問題必將導致巨額的社會負擔。而從技術角度考慮，如若廣泛應用服務機器人，利用服務機器人所具有的特點則能夠顯著降低財政負擔，提升居民幸福生活指數，有助于社會福利事業的健康發展。

同時，如果機器人在社會的各種場景得到應用，也將培育出機器人參與協同工作的各種新業態，如維修，娛樂，保險等。機器人傳感器技術、控制技術、人工智能技術、人機交互技術、動力技術和材料技術不斷發展，推動機器人在社會各個領域的應用走向成熟。尤其是隨著智能控制理論、機器學習算法、人機交互等關鍵技術快速發展，使得機器人具備深度學習能力，通過訪問云計算數據中心進行大數據分析挖掘，進而在日益復雜的、不確定和非結構化的環境中進行自律性操作，響應并滿足消費者個性化、實時化和多變化的需求。

當然，隨著機器人的深度應用，一些社會制度也需要適時調整。盡管機器人的進化日新月異，但是相對于能夠識別各種狀況并做出判斷的人類來說，機器人能做的事情依然存在很大的局限性，需要長期進一步進化。

為此，只有將營造人類與機器人協同生活的社會作為必要的前提條件，才能最大限度發揮機器人的能力，而這對實現“機器人無障礙社會”也非常重要，如圖4所示。

實現機器人無障礙社會，老人、兒童都將在日常生活中與機器人互動。有機器人協助，人類將從繁雜的工作中解放出來，同時，信息通信技術進一步發展，也會大幅提升生活質量。

此外，就政府管理而言，運用機器人不僅能夠保障區域安全，提升區域滿意指數，還能夠解決安保人員不足的問題，提升地方的安全性。

因此，繼智能手機之后，人類正在向機器人（PR）時代邁進。微軟前總裁比爾·蓋茨日前在《科學美國人》雜志上如此表述：屆時，家用機器人將像門鈴、計算機、移動電話、電冰箱等一樣普及。個人機器人受剛性需求驅動，市場將極為廣闊，如圖5所示。

三、從互聯，共享到協同

新一代信息通信技術的發展催生了移動互聯網、大數據、云計算、工業可編程控制器等創新和應用，推動了制造業生產方式和發展模式的深刻變革。在這一過程中，盡管德國擁有世界一流的機器設備和裝備制造業，尤其在嵌入式系統和自動化工程領域德國更是處于領軍地位，但德國工業面臨的挑戰及其相對弱項也顯而易見。一方面，機械設備領域的全球競爭日趨激烈，不僅美國積極重振制造業，亞洲的機械設備制造商也正在奮起直追，威脅德國制造商在全球市場的地位。另一方面，互聯網技術是德國工業的相對弱項。為了保持作為全球領先的裝備制造供應商以及在嵌入式系統領域的優勢，面對新一輪技術革命的挑戰，德國推出“工業4.0”戰略，其目的就是充分發揮德國的制造業基礎及傳統優勢，大力推動物聯網和服務互聯網技術在制造業領域的應用，形成信息物理網絡（CPS），以便在向未來制造業邁進的過程中先發制人，與美國爭奪新一輪工業革命的話語權。

機器人的價值因工業領域的普及而受到全球認可。尤其是主要需求領域的汽車與電子制造產業中，機器人的安裝使用帶動了生產效率的大幅增長。新一代信息通信技術的發展催生了移動互聯網、大數據、云計算、工業可編程控制器等創新和應用，推動了制造業生產方式和發展模式的深刻變革。德國“工業4.0”戰略旨在通過深度應用信息技術和網絡物理系統等技術手段，推動制造業向智能化轉型。

生產制造領域的工業機器人也將成為智能制造的主力軍，制造業是機器人的主要應用領域。當前在生產過程自動化中，大量采用了機器人，例如汽車產業、電子制造產業等大規模量產技術均離不開各類機器人。

德國工業機器人的總數位居世界第三，僅次于日本和美國。機器人在德國制造業中的應用率相對較高，每四個就業崗位就有一個工業機器人。以往德國機器人產業化模式的主要特點在于分工合作，未來則是基于動態配置的生產方式，將具備一定智能化的機器人個體通過數據交互實現網絡協同。工業4.0帶來的機器人的進化如圖6所示。

近年來，隨著傳感器、人工智能等技術的進歩，機器人正朝向與信息技術相融合的趨勢發展。由此誕生的“自律化”“數據終端化”“網絡化”等擁有世界領先技術的機器人正在全世界范圍內不斷獲取數據、獲得應用，形成數據驅動型創新。機器人在制造、服務領域帶動產生新附加值的同時，還將成為為信息傳達、娛樂和日常通信領域帶來極大變革的關鍵設備。

機器人概念也將發生變化。以往，機器人主要是指具備傳感器、智能控制系統、驅動系統等3要素的機械。隨著數字化的進展、云計算等網絡平臺的充實以及人工智能技術的進步，一些機器人即便沒有驅動系統也能通過獨立的智能控制系統驅動，聯網訪問現實世界的各種物體或人類。未來，隨著物聯網世界的進化，機器人僅僅通過智能控制系統就能夠應用于社會的各個場景中。因此兼具3個所有要素的機械才能被稱為機器人的定義將有可能發生改變。即下一代機器人將會涵蓋更廣泛的概念。以往并未定義成機器人的物體也將機器人化，例如無人駕駛汽車、智能家電、智能手機、智能住宅等。

最近幾年，隨著美國、德國、日本等國家對機器人產業的大量投入，機器人技術發展日新月異。機器人從單體作業轉向可自主學習、自律行動的方向發展。除了傳感器技術、軟件信息處理能力的提升進步之外，深度學習等人工智能技術（圖像與語音識別，機械學習）的跨越式發展，也推動了機器人自身能力的進一步提升，使機器人能夠不斷從事更加高級的工作。也就是說，機器人從過去的簡單重復性勞動，變得能夠互聯、共享，甚至協同工作。