厚达高级顾问、北航机器人研究所名誉所长王田苗“开讲啦”:伟大的智能时代

2018年10月18日 冲压冲床 65 views

      随着科技的发展,无论是工业化的机器人还是服务化的机器人,都早已从实验室走进我们的生活,并改变着我们的生活。本周《开讲啦》“智能生活”系列邀请到北京航空航天大学教授、博士生导师,北航机器人研究所名誉所长——王田苗。他深耕智能机器人领域二十五载,参与并见证着中国机器人产业的飞速发展。一出场,精神抖擞的王教授便让主持人直呼“太帅了”,主持人还透露“王教授是北航排名前三帅的教授”。身为中国机器人领域的专家,王教授的实验室虽简朴,但依然给大家带来了不小的震撼:一间不算大的房间里摆放着各种各样的机器人,从小型的无人驾驶车、仿生机器鱼,到各种医疗机器人等等,现在可能是某个放在实验室犄角旮旯的东西,而未来,就会是一项震惊世界的变革。

伟大的智能时代

演讲者:王田苗

同学们好,今天很高兴跟大家一起交流分享一下未来机器人时代。我还是有点儿紧张,因为第一次在这么多同学,这么多的摄像头的面前,我在想,如果我是一个机器人教授的话,我一定不会紧张。

机器人的定义是什么?它的发展现状又是怎样?

事实上,机器人已经很早以单元的技术和各式各样的技术,从实验室走进了工厂,并且在接近我们的生活,在改变我们的生活。大家想一想,机械臂相当于我们的双手,我们的汽车,就是用这些机器人,进行冲压,进行焊接,进行装配。同学们的手机和芯片,这种精密的装配、测试以及制造,也是通过我们的机械臂而完成的。扫地机器人,它像我们的清洁员一样的,通过机器的大脑,能够控制机器人在各个角落通过家庭的地图,能够导航,甚至可能还可以自动充电。那到底机器人的定义是什么呢?把机器人用在工业环境下,我们称为是工业机器人;用在特殊环境下,像空间、水下、甚至是恶劣的环境下,我们称特种机器人;应用在我们生活,针对消费者,我们称为服务机器人。

机器人作为一个装备进入到工业和我们的生活中,往往取决于两个因素:一个取决于社会发展的需求,一个取决于多交叉学科的进步而推动了它。所以正因为这个原因,让我们看到了已经连续十年,全球工业机器人的增长率,以10%到12%的速度在增长。我们国家已经连续八年,以20%到25%的速度在增加。2017年,全球工业机器人的销售是38.7万台,在中国销售是多少呢?是13.8万台,也就是中国机器人占到了全球的36%。其中,国产的机器人又是中国机器人的三分之一;在服务机器人,中国机器人占了世界的28%,其中在一些细分领域,单品的服务机器人,中国慢慢在世界销售第一。比如说,航拍的无人机,自平衡两轮车,科教,扫地机器人,包括还有搬运;在中国的研究过程中,具有世界影响力的一些特种机器,比如说,像月球探测的“玉兔”机器人,像水下机器人七千米的“蛟龙号”,六千米的AUV(水下自主机器人)等等。所以说在这样的环境下,全世界都越来越需要具有智能化、网络化和服务化的机器人装备。

一部电影让我对科技产生了浓厚的兴趣。

同学们可能要问我,我是什么时候认识和了解机器人的。这里我跟大家分享一下。我记得,我第一次认识了解机器人,是我在十六岁、十七岁的时候,当时我看了一部电影,震撼吸引了我,那电影的名字叫《未来世界》。《未来世界》它描述有一个机器人乐园,对去参观的人,它可以提供机器仆人,机器朋友。两名记者在参观的过程中突然发现,这个乐园的主人在设计复制着当时世界上的巨商和政客,目的是想扰乱社会,控制世界。两名记者英勇斗争,最后揭穿和战胜了这个阴谋。我记得我那个年代,我的梦想是想参军,想当一名解放军战士,但是正是因为这个电影,让我对科技产生了浓厚的兴趣。

随后我考进了西安交通大学当时的热门的计算机专业。但是真正让我进入机器人学术王国进行探索的,那是我博士毕业以后进入到清华大学智能技术与系统实验室,室外移动机器人行动规划与导航控制,那个项目可以认为是现在无人车的一个雏形。在这样的研究中,我们加班加点经常搞到深夜。我记得到了十二点以后,我们的实验室的门儿都锁了,不得不到一层的厕所翻窗回家。那个项目让我突然对智能机器人很多深奥的问题产生了兴趣,同时也让我理解了,智能机器人的研究还要和具体的场景结合起来,才能够不断地推进和发展。

意义非凡的南极科考任务与神奇的多指灵巧手。

我们知道南极,每年大概有一千到两千名的科学家在整个土地上进行探索和研究,它的意义在哪呢?一个就是,我们全球的气候变化可以从南极一个微缩的环境的变化来推测;第二也可以探索整个地质和地球的起源。我们当时就说,能不能做一个无人值守的机器人,它能够在恶劣的环境下进行大气的勘探,气候的采样,甚至还有到不同环境下进行观测。2013年我五十三岁的时候,自己还是勇敢地承担了这样的实验任务,随着国家第二十九次南极科考,坐着“雪龙号”去到那儿。大概穿越死亡西风带那接近十多天的时间,整天的呕吐,边吃边呕吐,呕吐再吃,因为不然会脱水。我记得我们经历了多次的,大概十二级的那种暴风雪。度过了近两个多月没有新鲜蔬菜,单调的这种食物。由于极点的磁力线的干扰,让我长时间的失眠。但是不管怎么样,我们探索了在南极利用风能、太阳能、再生能源给机器人充电,而不要人为地去加油。由于冰盖高高低低不平,我们设计了一个变结构自适应的机构,以及我们还研究了远程的遥操作,也是为未来危险难以到达的恶劣环境下,利用机器人而实现一个无人值守,而奠定了基础。所有这些探索机器人的研究让我感觉到,机器人有广泛的应用前景。

在我从事机器人这二十五年的时间里,我经常跟学生这样引导,我说我希望你们的学习和研究或者是成果,要不然记录在期刊和书籍上,让后人能够参考借鉴;要不然你们研究的技术方法和样机能够刻在未来有价值的产品上,造福人类。在指导学生过程当中,选择了一个人工肌肉的灵巧抓取。大家知道工业机器人广泛应用,但是没有很好的应用的原因就是没有灵巧的手,特别是去抓非规则易碎还有易损失的这样的,我们所说的机械手。传统的怎么做呢?每个指头放上电机,如果这个手只有三个自由度,就是三个电机,如果五个,就是十五个或二十个。这个转动是靠钢丝绳来拉动的,钢丝绳容易疲劳产生误差。如果抓取一个鸡蛋,抓取一个生鲜,我们害怕损伤,还要加力传感器。这样的一个传统的机电手,往往要二十万到三十万。所以我和学生进行探讨的时候,我们能不能用人工肌肉,不用电机?那么我们能不能采用不同的智能材料把它成型,比如根部用硬一点的,头部用软一点的。那么在弯曲的过程中分成段,我们利用设计,每一段利用不同的腔道,通过液体或者是气体驱动而进行弯曲。那怎么制造呢?又用3D打印。在手臂里我们不是还有骨头吗? 那么能不能在我们的这样的手指里,去灌上一些液体金属,在一定的熔点下,它非常柔软,在一定的熔点下,它又像铁一样的硬,所以这样的话不是变成刚柔耦合吗?

通过我们这样的一次设计,不同的配方,国内买材料买不到到国外,国外买不了我们自己来研制,一次又一次,最后终于实现了这样的多指灵巧手。可以抓海鲜,可以抓面包,可以抓袋奶,甚至可以抓钥匙链。它的抓取重量可以达到一公斤,误差可以在一毫米左右。这项研究获得了全国大学生挑战杯一等奖,最后发表在世界著名的期刊《科学》子刊上,得到了这样的认可,让我非常地满足和非常地自豪。

让我们去迎接和拥抱这个伟大的智能时代。

在机器人前沿技术探索上,一直有两条路线:一条路线,仿生的机理,仿生的感知,仿生的控制,希望突破基础理论,核心技术,建立一个标准模块化的,特别很希望研究一个仿人性的,通用的机器人,从实验室走到社会,走进我们的生活;第二条路线是,我们只关心当下社会需求的痛点,从具体的场景问题出发研究基础理论,单元部件,或者是将各种各样的机器人嵌入到我们的生活的设备和装备中。有的是专用机器人,有嵌入到我们的汽车,嵌入到我们的床椅,嵌入到我们的家电,甚至嵌入到我们的马桶。但是不管采用哪一条技术路线,其中希望同学们都应该注重基础理论、原创性的研究,比如说数学、物理、化学,比如说脑科学、生物,比如说认知的推理和情感的交互,比如说材料、微纳、传感器等等。还应该来看到一些关键技术:5G、传感器、大数据、人工智能软件和控制、智能材料的设计和制造。

我们可以大胆地畅想,未来十年,也就是在2030年前后,由于机器人的成本不断地下降,机器人将进入每一个工厂,甚至会出现只有机器人没有人的无人化车间。我们也能想象在一些特定的区域下,比如说医院、开发区、机场有各种各样的无人驾驶汽车。我们也能够想象大面积地出现医疗机器人,医疗康复机器人,包括人造的组织,和器官的3D打印,甚至还会陪护老人,包括聊天儿。

同学们,机器人的研究发展任重道远。机器人,它作为一个智能制造的基础装备,是制造装备的装备,同时人们还希望它能够派生出未来战略新兴产业,比如说智能交通、助老助残、医疗健康以及科教、娱乐等等。正如我们习主席所说,机器人是制造业皇冠顶端的明珠,它的研发、制造和应用是衡量一个国家科技创新以及制造水平的重要标志。同学们让我们一起努力,不断创新,去迎接和拥抱这个伟大的智能时代。谢谢。

END

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