特种机器人登顶科技创新高地
作者:朱广清时间:2016-04-21 10:50 来源:中国科技人才

引子

美国管理咨询公司麦肯锡,对未来12项颠覆性技术做了一个预测,其中机器人技术排至第五位,预计2025年先进机器人市场规模,每年将达1.7万亿~4.5万亿美金——相比现今一年只有几百亿、上千亿,将增长至几万亿。

硬件聚合地“HAX”,在《2015年全球机器人产业分析报告》中,这样描述机器人领域人才大战:优步雇佣了卡内基梅伦大学赫赫有名的机器人中心13人才,仅2015年上半年,就雇佣了50人;谷歌雇佣了Robert Rose,即特斯拉自动巡航部门技术负责人。资金比较充裕的初创企业一般通过内部培训培养人才,而谷歌和特斯拉这样的巨头则直接从大学研究机构和竞争对手那里挖墙角

 

1. 美国战略安全中最先出钢铁侠

“1941126日,美国政府做出制造原子弹的决定。制造原子弹就少不得核材料,而核辐射对人体的危害毋庸置疑,由此,人们就在隔有防护层的一端对另一端的核材料进行搅拌、配置、挪放……”北京航空航天大学教授王田苗,330日接受本刊记者采访时说,早于工业机器人,特种机器人系由特种机器演变而来。王田苗曾于十一五、十二五期间担任我国机器人领域首席专家。

“1973年阿以战争后,美国陆军总结经验认为:重型坦克的结局是,被发现就意味着被击中,被击中就将灭亡2003519日,美国陆军未来作战系统(Future Conduct System,简称FCS)计划浮出水面——这是一种按网络中心战理念设计、由多种系统集成的高度信息化武器系统;而在此之前,美国军用机器人已先期奔赴战场。

“‘魔爪TALON),是美军第一批真正参战的机器人系统,2000年在波斯尼亚地区军事行动中亮相。魔爪的底盘可搭载不同武器系统:照相机、夜视镜等光学侦察与瞄准设备,还有M16型步枪、M240M249型机枪,以及M202-A16毫米火箭弹发射器,其每分钟发射子弹1000发;借助新型远程火控系统,单兵可遥控5部火力平台,下达火箭和榴弹发射命令,有效距离1000米;其中,由魔爪集成的新型无人驾驶特种武器观测侦察探测系统,其技术具有革命性意义。魔爪2002年初被派往阿富汗、2003年出征伊拉克,共在这两次战争中执行任务2万项;其在阿富汗和伊拉克的首要任务是辅助士兵侦察,并拆除路边炸弹、处理爆炸装置等。经统计,每台魔爪可经受10次以上这样的循环:爆炸损坏——修复——返回战场。

“4足机器人大狗Big Dog),其体形与大型犬相当,能在交通不便的战区担任后勤支援任务,譬如运送弹药、食物、伤员和其他物资等。它不仅能行走和奔跑,还可跨越1米高、2米宽的障碍物,经一次能源补给可工作2小时。大狗69个传感器,可由人远程操控,亦可按照预设的简单路线自主行进;还可借助激光雷达跟踪先导人员。

早在2010723日,北航教授宗光华就曾向记者如此介绍美国战争机器人。

今年41日,科技部高技术研究发展中心研究员刘进长对记者说,美国波士顿动力学工程公司最近公布的一段视频令人震惊:雪地中,有人踹了大狗一脚,然而它就像拥有生命系统反映一样,踉跄前行,最终找到平衡点稳住自身;而且即使是在冰上行走,仍能寻找到平衡点,稳步前行。刘进长说,在军用机器人技术上,美国一路领先是不争的事实。刘进长自1989年起即开始从事机器人的研究与管理工作。

作为人类社会的另类,机器人究竟是一种什么样的钢铁侠,其中特种机器人在这个钢铁世界中又是什么样的角色?

记者注意到,HAX将机器人定义为:因有自主运动和自主决策能力而能适应其环境的设备。王田苗认为,机器人是由机械、传感器和机械控制所组成的机器装置,或称机电一体化装置;其特点是具有感知、决策和执行能力——感知是指能理解环境,决策是指像人的大脑一样判断和决断,执行是指有动作。刘进长则将特种机器人功能归纳为:上天(如航天探测器、无人战机)、入地(如探矿、救险)、下海(如深水潜艇)、登极(如极地探险)。

在采访中,王田苗、刘进长与中关村融智特种机器人联盟秘书长陈晓东,特别强调特种机器人的独特作用:关乎国家安全,反映一个国家的综合实力,其战略意义远远大于市场价值。

陈晓东介绍说,目前,先进国家将机器人划分两类,即工业机器人和服务机器人,而服务机器人又分为两类,一类是专用服务机器人,用于军事行动、防恐防暴,以及极端环境下探险、救灾等,另一类是家用服务机器人。他说,就在今年的两会上,国家科技部部长万钢在发言中,将机器人分为工业机器人、特种机器人和服务机器人3类。


2. 图灵测试类人时代

201467日,计算机科学之父阿兰·麦席森·图灵(Alan Turing)逝世60周年这一天,英国皇家学会举行图灵测试大会,一个名为尤金·古斯特曼Eugene Goostman)的电脑程序,冒充一个13岁男孩,竟然骗过评委,首次通过图灵测试

图灵测试源自1950年图灵论文《计算机器与智能》中的测试设计:如果电脑能在5分钟内回答由人类测试者提出的一系列问题,且超过30%的回答让测试者误认为是人类所答,那么,电脑就被认为具有智能。

美国硅谷创客资本创始人、以色列洼地科技创始人赵胜,今年416日应邀到北京中关村融智特种机器人联盟举办的大讲堂做报告《全球视野下的工业4.0和机器人》。报告中赵胜回顾了过去230年间,世界发生的4次科技或工业革命,梳理并瞻望了从图灵测试类人时代的发展趋势。在他看来,人工智能将重新定义当下这个时代。

赵胜说,在全球新一轮产业变革中,科技迭代速度之快远远超出人们想象。这是一个万物皆比特的时代,物联网、大数据和云计算,就在人们应接不暇时,全球脑、超级生物、虚拟现实和人工智能,已汹涌而来。

赵胜悉数列出全球科技与工业革命的时间节点:

1784年,第一次工业革命:在英国伦敦,瓦特改良型蒸汽机投入使用,时为机械化即工业1.0时代;1870年,第二次工业革命:在美国辛辛那提,电动机在屠宰场投入使用,时为电气化即工业2.0时代;1969年,第三次工业革命:在美国硅谷,第一个可编程计算机诞生,时为自动化与精益化即工业3.0时代;2013年,第四次工业革命:在德国汉诺威,基于信息物理融合系统的智能制造诞生,拉开了智能制造即工业4.0时代序幕。

与前3次工业革命大幅提高生产效率有所不同,在全球产能普遍过剩环境中,工业4.0背后,是对制造智能化水平的提升和商业模式的转变。赵胜说,继第一代机器人-示教再现机器人、第二代机器人-视觉机器人之后,第三代机器人-智能机器人,就其特征而言,除具有外部感知功能外,还具有一定决策和规划能力,从而能适应环境变化而自主地工作。

赵胜指出,人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新学科,它是计算机科学的一个分支,力图了解智能实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。

在赵胜看来,算法正在统治世界——终极算法就是通过机器学习的方式,自动发现和创造其他所有算法的主算法,而人类正在无限接近终极算法的过程之中,IBM在这个过程中发现了很久以前投资的一个叫做Watson的超级计算机,即那个机器学习的方式。他说,类人时代正在到来。人类通过技术使自身得到加强,机器人将被注入人性,而两者融合,机器人的基因和人类的基因将形成新的基因。

那么,机器人与人工智能之间会是一种什么样的关系?

王田苗介绍说,对此,目前学术界尚有争论。有人将人工智能和虚拟现实视作机器人的一部分;还有人将机器人归属人工智能。他说,如果将它们比喻为机器人的大脑与躯干似乎更恰当。

对于智能机器人的发展趋势,王田苗认为有可能会体现在如下几个方面:

其一,用于智能机器人的仿生新材料与刚柔耦合结构,将打破传统的机械模式;其二,机器人或机器人系统对位置和环境的识别准确率会更高,机器人之间、机器与人之间、机器与环境之间将建立通信联系,网络化、分布式、微小型且低成本,此中传感器将成为人们关注的热点;其三,机器人操作系统宏观且电脑化,模块组装且软硬件分离、即插即用;其四,智能机器人系统包括网络和芯片,对环境的理解与处理具有抽象、推理思维……

 

3. 我国特种机器人领域现状与理性思考

‘863计划实施以来,我国一直把机器人当成重点支持方向,经过近30年的科技攻关,在机器人方向上取得了世人瞩目的成绩。刘进长说,在人类的四大梦想——上天、入地、下海、登极中,都有我国自主研发机器人的身影2013玉兔号成功登月,其获取的月壤和月岩已带回地球研究;20127000米载人潜器蛟龙号潜入水下7062米,应该说这是世界上最深的潜器;2016410日,我国极地科考船雪龙号抵达上海,其中我们的机器人不论无人机还是极地漫游者,都对南极进行了深入考察,下一步我国还将在极地建设无人科考站。

刘进长对记者说,机器人有一个评估参数,叫做机器人的密度,其含义是每万名工人当中装备机器人的台数。目前世界平均值是66,发达国家如韩国是365,而我国现在是36,与发达国家还有非常大的差距,这也说明我国机器人有巨大的发展空间。

刘进长强调,特种机器人研发,对提升我国综合国力具有重要战略意义,因而需选准重要行业提升研发能力。他指出,目前,世界上已有60个国家装备了军用机器人,其中包括各种地面侦察机器人、空中侦察机器人、各种作战机器人等,由此我国应下大力发展军用机器人。此外,在核电发展比例上,法国77%、韩国34%、俄罗斯10%,而到2020年我国核电的比例才占2%,距上述国家核电供应量尚相距甚远。作为重要能源领域,核电有着大量机器人系统需求,故此我国应把这一行业发展作为重点之一。

王田苗认为,在特种机器人研发方面,我国与发达国家的差距在于缺乏原始创新——既缺乏独立的理论,也缺乏独立的机器人平台。原因之一是我国当前教育应试教育太多、对很多事物较少质疑,结果导致独立思考能力减弱;还有就是与发达国家相比,我国工业基础存在差距——传感器、减速机、电机比较落后,也是其中重要原因。

王田苗说,在科学上,原始创新是一个构想,一个奇思妙想,而这是颠覆性技术、交叉技术的基础;它代表一种追求,代表改变世界的一种勇气,它是靠观念和思想解放决定的。从某种意义上说,它与人们掌握知识多少没关系,而与人的思维方式有关系。他说他赞成李克强总理强调的工匠精神,工匠精神代表着把一件事情做到极致,唯有创新与工匠精神,才能增强工业基础和提升机器人零部件制造水平。


4. 中关村特种机器人联盟宏愿与企业家呼声

特种机器人将颠覆未来战争模式,无人化战争将成为未来战争发展趋势。在既往海湾战争中,无人机应用最多,成为军事对抗中的杀手锏。未来,机器人部队很可能出现在实战战场。陈晓东说,如今特种机器人对国家安全举足轻重,已成世界各国的战略需求。然而,我国特种机器人企业研发力量非常有限:

目前全国机器人研发企业4000多家,其中工业机器人企业占比约80%,若将剩余20%占比仍作100%看待,那么这里80%为服务机器人企业,仅有20%为特种机器人企业。陈晓东说,我国特种机器人行业亟需政府更大力度的支持和扶持;中关村融智特种机器人联盟成立,也是急于为特种机器人发展搭建平台。他说,作为中关村融智特种机器人联盟秘书长,一个从武警部队装备研究所总工程师位置退休的老兵,接续国家“863”对机器人研发的探索与努力,是他的心愿。

陈晓东介绍说,中关村融智特种机器人联盟201512月举行了首届理事会。最初发起单位9家,其中国家队”4家:中科院沈阳自动化研究所、保利国防科技研究中心、兵器201208两个研究所,民营企业5家。目前联盟成员有近50家单位或企业,其中有高校、有科研院所,更多的是民营企业。联盟还有一个包括5名院士在内的专家智囊团。

陈晓东告诉记者,该联盟的宏愿共3板块:其一,聚集特种机器人领域各种力量,参与我国一带一路建设并藉此走出国门;其二,以联盟设立的机器人大讲堂为平台,为大学生与民间双创创造投资与研发环境;其三,深度军民融合,优势互补、强强联合,对接军民研发力量并拓展军民供需渠道,做强我国特种机器人领域。

据记者了解,目前民营特种机器人企业,有着从事特种机器人研发的探索,也有攀登特种机器人高地的雄心,然而他们面临的困扰主要有3点:资金馈乏、供需渠道不畅,侵权纠纷迟迟无法解决。

北京亿美博科技有限公司目前已与航天和神华有关企业签署了战略合作协议,一系列高端装备项目已经启动,其中包括特种机器人。然而该公司杨氏数字液压技术创始人杨世祥坦言,他们最大的困惑与其他民营企业一样,是争取不到国家用于主战场的资金和项目支持。

有着巷战单兵机器人技术积累的北京市五岳江山机电有限公司,目前最大难题为供需渠道不畅,由此导致研发成本无法收回,以致这家公司的总经理对记者说,如果继续研发,他们就要卖掉自家2处房产。

曾承担过“863”排爆机器人项目和奥运大型活动安全项目的北京京金吾高科技有限公司,除研发资金短缺外,屡遭侵权困扰。这家公司总经理王俊岭说,我们不断研发产品,研发出来就有人仿制侵权,而诉诸法律的侵权案件往往经历的程序太多、时间太长。