我們即將進入機器人4.0時代

機器人1.0時代和2.0時代我們已經經歷了，現在處于機器人3.0的時代，包括現在講人機協作等，都屬于機器人3.0時代的產物。而我們即將進入機器人4.0時代，將在包括自主學習、場景自適應、知識圖譜應用等方面拓展更多可能。

機器人4.0

機器人4.0時代是需要數字孿生的，機器人數字孿生可以與物理實體機器人在數字虛擬空間和物理實體空間實現雙向映射、動態交互和實時連接。它要體現閉環性——感知、認知、決策、執行的閉環控制。共生體現在機器人設計開發階段，也體現在機器人運行階段，就是數字孿生結合機器人實體相互影響。

場景數字孿生需要多模態感知融合、自適應交互，在開放環境自主移動機器人要避障、交互、操作，需要很多傳感器，大部分數據在時間同步的前提下進行傳感，需要調用不同復雜度算法模塊，包括硬件系統、邊緣計算都會用上。

機器人4.0時代還會用到知識圖譜的技術。我們知道知識圖譜也是人工智能里重要的技術，機器人知識圖譜應用和一般百科知識類知識圖譜有些不一樣。簡單地講，時空之間的關系要和時間聯系在一起，以前它不需要和時間緊密聯系起來，機器人應用不一樣，需要記錄環境里不同時間人和物發生事件等相關信息，這一點需要我們注意。

現在開始談論的云化機器人，它也叫云端機器人。云端機器人簡單講是大腦在云端——好處是什么呢？信息和機器供給，云端大腦可以控制很多機器人，可以匯集來自所有連接機器人的視覺、語音等各種信息。再就是平衡復雜計算，因為大腦在云端可以降低機器人本體硬件需求，否則計算都在機器人本體，對硬件要求更高。還有系統合作，我們可以設想在大工地上，把未來智能工程機械看成機器人，不同類型的工程機械一起協同合作，只有云端大腦才能夠更有效地統一調度控制它們。它的好處是機器人借助云端大腦可以獨立于本體持續升級，可以說智能發展、軟件升級。

云端機器人需要一個操作系統，谷歌手機、安卓和蘋果都有操作系統，以后云端機器人也需要操作系統。現在海寶機器人公司做的海睿OX就是云端機器人操作系統，這個平臺部署了人工增強和智能機器學習算法等。這個平臺強調開源開放，供開發者在門戶共享資源，包括物理世界場景、數據模型、機器人孿生模型、人工智能算法等。有了開發者生態，對于云端機器人商業發展是非常有好處的。

還有支持人機交互平臺。2020年年底，斯坦福大學李飛飛課題組推出一種全新模擬環境叫iGibson，可以為大型交互場景交付任務開發機器人解決方案，實現機器人可交互性操作。它可以提供超過12000種額外交互場景，總而言之這一平臺為機器人特定應用提供了很好的基礎平臺。

英特爾中國研究院提出面向機器人4.0時代的HERO系統平臺，包括機器人3.0、機器人4.0，用戶的特定應用都可以利用這個平臺。機器人4.0部分更多支持自適應場景和持續學習，包括知識圖譜，可以針對特定應用領域擴展相關領域通用知識圖譜。

機器和人相互之間智能增強

從20世紀60年代起，人們開始關注生物和技術交織在一起的生命體，有人把它稱為賽博格，有學者認為人能夠把所有技術都用于知識和拓展的構造體。我們現在有兩種類型軀體可以選擇，一種是真實的軀體，是通過體內液體流動與真實世界相連，再是虛擬軀體，通過電子流動與世界相連。

我們通常講“AI”，還有一種是“IA”，就是智能增強，IA強調借助機器加強或者拓展人類智能，而不是完全取代人類的能力。這一點非常重要，是人和機器和諧共處，智能增加人類有效掌控機器，讓機器為人類服務。機器干機器該干的活，人干人該干的事。

這里一個例子是機器人在做裝配工作，工人操作手柄，機器人動作感知有視覺、觸覺等，通過手柄可以實時反饋，操作者根據反饋實現裝配過程精準控制。根據機器人智能程度的增加，機器和人能力相互增強，機器人可以在人不斷操作實踐中進一步學習，所以機器人變得越來越聰明，機器人幫助工人更好地裝配機器等，二者相互增強能力。

在機器人公司，他們搭建一個云端機器人人機結合的系統，這里有一個機器人訓練師平臺，可以實現機器人人工增強訓練和智能增長。人不斷提高機器人智能，可以使感知增強，機器人的某些特定感知能力甚至超過人的能力。但是話說回來，又不可能全面超過人的感知能力，人有相近的知識和常識能夠快速識別一些東西，可以彌補機器人能力的不足。以機器人為載體，在獲得融合感知數據的基礎上，人可以輔助AI進行認知增強，包括行為增強。

能力牽引物理機器，可以通過強化學習進行訓練，不斷地提高機器人的智能。我們仔細想一想，人類在某一個特定環境中與外界的交互方式，這是人類學習各種技能的方法，機器人也是如此，它在某一種環節里通過交互，從而提升自身能力。我們在設計智能機器人的時候，一個很重要的考慮是怎么通過數字孿生智能體虛實結合，把能力牽引到物理機器人上。

在智能時代，工人、技師等并非無所作為，因為人的介入，怎么使智能系統智能增強？因為機器智能，怎么使人的能力增強？這是我們需要考慮的。

我覺得一個很重要的問題，隨著智能機器人技術的發展，它可以延伸人的存在，這是物理機器人和特定人的融合。機器人融合某個人的意識，機器人感知也可以成為某個人的感知。在工業環境中間，某些場合下這種應用也是非常需要的，我們可以設想類似于當年福島核電站事故，在那種場合下假如融合人意識的機器人在那里工作的話，會不會是另外一種場景？

生活中，機器人作為替身發揮作用也是非常有意義的。老年人、殘障人士想外出旅行，假如機器人替身可以實現他們出去旅行一樣，這意味著人存在的延伸。

這幾年大家注意到元宇宙的概念，以后機器人元宇宙也是需要關注的。元宇宙相當于是實體互聯網，就是人不僅可以在其中看內容，還能夠置身其中，元宇宙也可以包含機器人。從工業應用來講，未來制造物理空間、設計者構思空間，這些都可以映射到數字與物理交織、虛擬與現實融合的“一虛一實”制造元宇宙中，目的是通過制造元宇宙，未來能夠使物理的制造活動更有序、更優化。

有一個問題是智能機器人研究者需要注意的，智能機器人當然要替代人的很多技能，不光是體力，還包括腦力等。有一個波拉尼悖論，認為人類掌握的技能和知識遠遠超過人類所能表達的內容。很簡單的舉例是騎自行車，一般人都會騎自行車，但是你怎么把騎自行車說得很清楚，或者我要教給一個不會騎自行車的人騎自行車，通過語言或者書面表達、口頭表達不大可能，我們表達不出來，越是底層本能性的技能，越難以進行編程和模擬。

計算科學有莫拉維克悖論，需要推理能力越高的工作，比如下棋模擬，需要的算力反而少一些，一些下意識行為，比如行走、視覺等，這個模擬需要巨大的算力，這里有一個問題我們需要思考——可智能化。是不是我們只要想進行就一定可智能化？實際上我前面講人和機器人相互增強能力，未來我們思考問題的時候還要考慮到算力，包括以后還要考慮低碳的需求等，不能夠一味地考慮完全替代人。

機器人智能平臺以后走向開放環境，包括機器人數字孿生、人和機器人協同、人和機器人怎么相互增強能力，這是非常重要的，可智能化也是值得我們思考的。未來人存在延伸，和人交織在一起的機器人是不是一種新的生命體？它有可能存在于元宇宙中間，這是未來的遠景。

（內容源自2022世界機器人大會領航峰會上李培根院士的演講。責編：楊思玄）

專家簡介

李培根，1948年12月出生于湖北武漢。機械制造及自動化專家，中國工程院院士，華中科技大學教授、博士生導師。曾任華中理工大學機械學院院長、華中科技大學校長。長期從事機械制造及其自動化領域的教學及科研工作，主持了CAPP（計算機輔助工藝規劃）系統的研究與開發。先后以第一完成人身份獲得國家教學成果獎二等獎2項、國家科技進步獎二等獎、中國高校科技進步獎一等獎和高等學校科學研究優秀成果獎自然科學獎一等獎各1項。主持國家級項目17項，發表科技論文百余篇，出版專著3部。