服务机器人距离产业化还有多远？——访上海交通大学陈卫东教授

服务机器人距离产业化还有多远？
——访上海交通大学陈卫东教授

陈卫东简介：上海交通大学教授，机器人与智能信息处理研究所所长。长期从事智能机器人、多机器人学和微操作等领域的研究。其主持的智能轮椅和智能导游机器人等成果曾亮相于上海世博会并获得好评。

世界科学：请您先展望一下，未来服务机器人的应用前景。

陈卫东：服务机器人是继工业应用之后机器人技术的又一个发展机遇，有望进入到生活的方方面面，全面提高人类的生活质量。就目前而言，比较有希望实现并推广的有这样几种用途。

首先是老年扶助机器人。现在我国面临着很严峻的老龄化趋势，全国60岁以上的老年人口已经超过两亿，比例是 14.9%；上海更严重，达到了27%。老年人的身体机能会有所下降，行动、视力、认知、抓握等能力都可以通过机器人来弥补。比如我们现在在做的智能轮椅，就能够实现自动定位和自主导航，实时获取环境信息，规划路径，直接把老人送到目的地。将来还能配合机械手，实现吃饭、喝水、取物之类的操作性功能。

第二类是助残机器人，尤其是弥补肢体功能缺失的智能假肢。传统的假腿只是些简单的机械结构，比如参加奥运会的“刀锋战士”，整体而言对用户和环境的适应性很差。智能假腿能够自动适应用户，甚至自动操作。比如打滑了，能自动控制做出一些反应，而不仅仅是被动接受。传统的假手很大程度上是装饰性的，智能化的产品就能够做出一些实际的操作。

第三类是居家、护理机器人。不是像前两个那样直接增强人体机能，而是像个保姆一样，在家里做各种家务。做饭、取物、清洁、安全监控、远程互动等等，还能跟远程医疗挂钩。这方面交大已经有了做饭的机器人，目前还是面向食堂、饭店等公共用途，将来可能走向家庭。还有就是最近比较火的清洁机器人。这种产品物美价廉，市场很大，我国发展的也非常快。更高级的产品也在不断发展，比如加上定位功能实现路线规划等。其他的产品，擦地的、擦窗的、清理管道的等等，也都已经出现了。

第四类是教育娱乐的机器人。现在很多中小学甚至大学都采用了机器人作为教具。上海中学就有机器人实验室。机器人的交互性好，学起来不枯燥。学科内容也很综合，材料、机械、电气控制、电脑编程、能源，都有所涉及，教学效果很好。娱乐类的，最早就是索尼的AIBO，后来被裁掉了。近些年我国的相关产品也开始大量上市了，仿人机器人、无人机等等，都很受欢迎，出口量很大。

还有就是偏专业应用的医疗机器人。手术机器人现在已经应用的比较广了，比人更精确、稳定，而且不知疲倦。而且人手的自由度和运动范围有限，机械机构则可以做的又小又灵活，还能跟影像设备结合在一起，提高手术水平。此类产品中达芬奇是较成功的，中国也有不少进口。不过达芬奇一家的产品仍然无法完全适应各种不同的需求，价格也很昂贵。此外还有理疗、康复功能的机器人，上海也有交大和上海大学等单位正在研究。

世界科学：服务机器人的应用前景非常广阔。那目前的发展过程中还存在着那些问题阻碍着这个产业的全面爆发？

陈卫东：主要的问题有技术的也有经济的。彻底解决这些问题、让大众完全接受服务机器人产品还是需要一个过程。

技术上来讲，最难、也是最重要的问题就是安全。计算机不会动，出了故障不会威胁人身安全。机器人要互动，尤其是服务机器人跟工业机器人又不一样，与人的距离非常近，甚至是物理上的直接接触。机械上出了故障，比如电线断了、电机失灵、不听控制了，打到人怎么办？控制系统也是一样。Windows系统这么成熟了还是不断要打补丁，机器人的控制系统也难免有Bug。服务机器人所处的环境又那么复杂，必须要考虑到各个环节故障出现了怎么办。这一点上来说，清洁机器人现在发展的最成熟，也是有安全要求较低的因素——清洁机器人发疯了顶多四处撞墙，没什么危害。其他的大型机器人在安全方面的要求就高多了。安全问题在技术上也是个系统工程，软硬件各个环节都要留心。比如硬件上，借鉴电动螺丝刀的机构设计，到达一定的力之后机械结构会主动脱开不再施力。软件上的进步空间更大。我们的智能轮椅已经在食堂、地铁等环境下测试过，能够在复杂的动态遮挡中不断计算路线，防止撞人。当然，整体上提高安全性仍然需要不断的改进。

除了安全之外，第二个技术问题就是如何提高智能化水平。我们说了服务机器人的工作环境比工厂复杂得多。工厂里的工业机器人大部分都是固定的、环境可控的。服务机器人的工作场合可能在家里，也可能在公共场合，是非常多变的，要快速检测、识别出环境的变化，并且不断做出判断、修改执行方案，最终实现目标。智能轮椅旁边突然跑过一群人，轮椅就必须即时发现障碍物，同时计算出最短的又不会撞人的合理路线。这就是自主性、智能性的要求，需要不断提高。

经济方面的问题，主要还是成本。而成本问题在很大程度上是因为目前的销售量还没上去，缺乏制造的规模效应。服务机器人涉及的很多机械结构、电机、传感器等零部件的采购成本，都与市场规模有关的。要解决这个问题，一个是直接的，尽快开拓市场。另外就是在技术上迂回解决，主要是学习之前计算机产业的标准化、模块化的路子。现在不同厂家生产的计算机部件，都是能够任意互换的，对维护也方便。机器人现在还做不到这一点，但相关研究已经受到了重视。863计划也在支持一个机器人模块化的专项，我们也参与了。整个项目的目标是在软硬件上都实现模块化、高度互用，从而节约成本，提高效率。

世界科学：在服务机器人科研成果的产业化方面，您有哪些体会？

陈卫东：从整个服务机器人产业来说，硬件比软件成熟的多。从电机到传感器在内的各种零件都已经是在其他领域中充分发展过的。所以软件才是个更核心问题。现在已经有大公司开始在布局服务机器人的软件系统了。微软曾经搞了个Robotics Studio的操作系统，后来又有Willow Garage公司推出的ROS（Robot Operating System）系统。这种对操作系统平台的争夺就像手机上的安卓系统同iOS系统的竞争，能够在很大程度上左右未来服务机器人产业的发展。目前看来，微软走的还是当年Windows的思路，系统相对封闭。而ROS是开源的，可以贡献自己的模块，互相调用集成，是个开放的平台。现在很多机器人都支持ROS，效率高，全世界都在用，可以把工作分享，也是目前我们研究和试验中所应用的主流。这是技术的成功也是商业机制的成功。机器人确实千奇百怪，不是一个模式能解决、能包揽的，一家公司包打天下确实比较困难。而ROS的策略就比较适合，能够集思广益。

除了操作系统本身，在这一平台上对不同机器人进行的应用开发和深度优化也是一项重要工作。我们的轮椅的研发就借鉴了ROS系统，但是又做了很多针对性的改进。比如建立了完善的软件测试环境，做了定位模块。这些具体工作同样是很重要的。

近期谷歌大规模收购机器人公司的举动我也注意到了。他收购的这些公司，基本上覆盖了跟机器人相关的各个方面的技术，控制、机械都有了，已经是一个完整的生产链条了。谷歌本身也做了很久的无人车研究，有很多相通之处。而且他在搜索领域的深厚积累也非常有意义。因为所谓的人工智能，在实际的工作过程中很多都是通过搜索来实现的。智能轮椅的路径规划本质上就是搜索，在大量选择中搜索最佳路径；当年下国际象棋的“深蓝”，还有参加知识竞赛的“沃森”，其智能度都是体现在优秀的搜索方案上。所以从这些方面来说，谷歌虽然刚刚进入机器人产业，但绝对不是个外行。转入机器人行业的IT公司也不止谷歌一家。我国的联想也成立了机器人部门，而且在很多年前就曾经来到交大考察过，说明并不是一时跟风的举动。

以谷歌为首的IT公司的介入，直接带来的一个技术预期是互联网技术对服务机器人的渗透。为了保证充足的运算能力，目前机器人的信息处理单元在机体的成本、能耗、空间方面都占有重要比重。而且随着智能度水平的提高，对运算能力的要求也会越来越高。如果应用互联技术使机器人保持时刻在线，或许可以将许多复杂计算在远端解决。互联网也提供了庞大的知识量，能够让机器人深入挖掘、充分利用，应对不同的问题随时产生解决方案。

世界科学：您对我国以及上海市的服务机器人产业的发展有何建议？

陈卫东：在我国，机器人产业和其他很多产业相类似，整体而言就是集成能力较强，但缺乏核心零部件的生产能力。这一问题在我国工业机器人产业的发展中就非常明显。电机、减速器、控制器等等重要部件都被国外垄断，我们自己的发展就常常被“卡脖子”。服务机器人在这方面的障碍则相对较小。服务机器人对负荷、精度等性能的要求较低，因此对结构、动力方面的高端器件的依赖度较低。当然传感器也仍然是个短板。我们的轮椅中，除了最贵的激光测距传感器之外其他主要部件都能在国内采购。而在软件、控制等方面，服务机器人产业也没有产生工业机器人那样的垄断格局。不算ROS这类已经结合了商业推广因素的成功产品，我国单纯在在软件编程的能力上并不弱。

就上海而言，既有充足的人才储备，也有广大的市场需求，本身很适合发展服务机器人产业。从我们实验室先后走出去的人才分散到了工业、代理、工程、定制安装等各个机器人领域。

上海也有未来伙伴这种非常有特色的机器人公司。展望未来的发展前景，首先是配套的软件开发方面的能力建设。上海在该方面有比较扎实的人才储备和培养基地，这也对应着机器人问题的核心。其次是传感器，上海现在起步有点晚，但其意义并不仅仅在于机器人产业，是可以应用到其他很多领域的支撑性产品。在核心的技术方面，我们的智能定位和导航系统可以用在轮椅上，将来也可以做成通用的功能模块移植到其他各种类型的产品上。建立好自身的技术基础，才能为上海服务机器人的进一步发展提供可能。

[采访：沈应龙][责任编辑：李 辉]