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“温柔的”轻型机器人

发布时间: 2019-09-30 13:24   作者: Sami Haddadin   来源: 机器人产业

       科技的进步推动着工具的不断创新。随着技术的进步,机器人解锁了越来越多的技能,在人们的生活中扮演着越来越重要的角色,那么机器人该如何更好、更智能地与人类进行交互,引起了人们的关注。前不久,在2019世界机器人大会上,德国慕尼黑工业大学机器人研究所所长Sami Haddadin,从专业角度解读了机器人与人类的“亲密关系”。

德国慕尼黑工业大学机器人研究所所长Sami Haddadin

       “温柔的”轻型机器人,就是说机器人可以安全智能地与人类环境进行交互。这是一种新式的工具,未来将会成为人类创造的最主要的工具之一。过去我们创造出了电脑,它能够提升人类的能力,比如从当前的人工智能到以后的增强智能,也是在提高人类的能力,让人类的能力比以前更强。现在,机器人正在实现与人工智能的结合,今后可能会带来新的发展方向。

       科技创造出工具提升人类的能力

       简单回顾一下最近人工智能的发展进程。人工智能能够创造机器程序,甚至打败一些复杂的比赛大师,比如围棋大师,来自于Google的深度思维系统,AlphaGo,2016年在一场围棋比赛中战胜了韩国围棋选手李世石。大家可能会问,如果机器能够打败、胜过人类,可以进行这种运算,但执行下棋操作的不是机器人还是人类,那么机器人接下来会发展到哪一步?1997年,深蓝计算机与俄罗斯象棋大师加里·卡斯帕罗夫对战,最终赢得比赛,其中执行下棋操作的也是人类而非机器人。

       进行对比的话,我们会发现二十年内科技有了巨大的进步,运算是在虚拟世界进行的,某些人类设计出来的棋局招术和我们在实体社会当中创造出来的交互是非常不同的。在现实中,儿童具有很强大的基本感官运动能力,我们该如何让机器人像人类一样拥有类似的学习能力?我们可以给机器人一个鼓励机制,如果机器人能够拿着钥匙走到门口,经过十次以内的尝试可以打开门,那它就不用打扫客厅了,这样的话,机器人在尝试了六七次以后就真的成功了。

       早期的一些机器人有着机器人的数据基础,而且能够应对一些没有预测到的事件,可以做没有编程的工作。但是进入实体环境之后,一般来说环境是没有重复性的,对于一些四岁孩童来说很简单的事情机器人却做不到,最好的机器人团队都没有做好。因为真实世界中手的操作是实体智能,不仅仅是运算能力,它们有两种不同的任务复杂程度,包括生物的原则。如果从运动和操作的概念来看,这是非常简单的,即使是单细胞有机体,也可以进行无人驾驶的自主运动,而不会出现碰撞。

       可以说,手是人类历经几十亿年流传下来的一个非常棒的工具,只有大猩猩或者人类才能使用这种工具进行非常复杂的任务。所以说,我们是在创造工具用以提升人类的能力,也提升人类的实际能力。因此,几十年来对于机器人的研究中一直有运动和操作的概念。非常有意思的是,手和其它概念很难匹敌,比如认知规划能力和玩围棋的能力。

       机器是人类的延伸

       人工智能和机器人学的源头是什么?欧洲文艺复兴时期有一位天才——达·芬奇(da Vinci),他可以说是机器人和人工智能的祖师爷了,因为达·芬奇知道人类的解剖学结构是一种理论。如今,很多科研人员仍然在进行研究,希望能够创造出一些人类的运动工具,也就是了解机械学、机构学和人类运动的机制,但还存在一些复杂的情况。德国汉诺威的一位专家设计出了一个计算设备,能够进行四项基本运算,还发明了二进制代码,因此这是一个非常重要的发明,可以理解运算是通过机械触发,而且是一种具象的表现。在了解实体智能和运算智能之后,从某种角度来说已经对情绪和机器的关系有所了解。

       机器是人类的延伸。科学家发明计算机的本意不是想占用自己的时间,而是想让计算机腾出自己在实验室做工作的时间,从而把自己宝贵的时间留下来去做别的事情,所以说机器是人类智能的延伸,如果我们设计出合适的机器人,就可以让它们帮我们做一些事情。在过去的五六十年当中,机器人领域取得了很多的具有里程碑意义的成绩,比如1959年世界上第一台工业机器人的发明,日本发明的人形机器人,以及在过去二三十年中手术机器人的发明等。当然,还有如今很多人都在谈及的无人驾驶车辆,而最近一段时间内,我们基本上是在研究和探讨随着深度学习和机器学习不断快速发展中运算和算法的进步。

       如今,机器人在工业领域有着广泛的应用,比如很多工厂中进行焊接和涂装主要使用的就是机器人,但是在做装配的时候机器人的价格还是非常昂贵的,一台需要好几千欧元,对于中小企业来说无法承担这种费用,只有大型汽车行业或者工厂才能负担得起。这些系统的设计往往是经过十五年的研发才能进行生产,因此整个研发投入过程也需要上亿美元。非常有意思的是,现在市场上工业机器人的销售数量没有达到好几百万台,据统计,每年销售的工业机器人大约是30万台,应用于各种各样的场景。所以可以说,这些先进的工业机器人技术只被少数主要的工业企业所使用,而且只有他们才能负担得起高昂的价格。

       机器人与人类的交互

       其实,早期的机器人是没有触觉和视觉进行实体交互的,比如它无法把钥匙插进锁里,这就意味着生产装配过程当中没法使用机器人,因为这项工作需要触觉,比如要把螺丝在两三分钟之内拧好,而这样的事情在不久之前只有人类才能做到。对于很多行业领域的产品来说,如果要大规模生产的话需要很多外包工作,比如电子生产领域以及其它新兴生产行业,这种非常微妙的涉及触觉的工作只能由人来做,因为每个人都有自己复杂的手系统。未来十年,我们的解决方案不是是否使用自动化机器人,而是人机协同,人类和机器结合在一起,从而使人类的能力得到增强,创造更好的就业机会,制造出质量更高的产品,而成本也会变得更低。

       20世纪80年代,对于机器人的研究有一些想法就是如何让机器人拥有触觉,能够进行近距离的控制,像人类一样使用触觉,非常微妙、智能地与世界交互,执行操作、抓握和理解等行为。我们当时提出这个想法是希望设计出一个可以学习的机器人,它的价格必须廉价,同时也要能够走向机器人演化的下一个阶段。我们的目标是希望支持各种各样工作场景中的人士,能够让机器人经过训练后熟练掌握工人的技术,但同时也会创造新的就业机会,从而能够取代人类一些繁琐的工作,让人类从中解放出来去做自己喜欢做的工作。

      当然,安全是一个先行因素,所以我们一定要关注安全这个问题,比如一些法律规定,机器人是绝对不能伤害人的,而我们的研究也是关于开发相关的技术,能够让机器人非常敏感,同时找到最安全的人机互动方式。1936年有一部电影,叫做《摩登时代》,影片中描述了机器是怎样帮助人工作,让人使用更加方便的工具的。发明家想要发明一种机器,这种机器能够自动化提供工人的午餐,做到尽量的精确和高效。虽然这种机器还没有实现但至少呈现了一个概念,就是我们该如何开发一种技术能够让人们更方便地加以使用。

       实际上,最传统的自动化应该在20世纪50年代,就有机器人开始使用了,而这一理论则是达·芬奇在17世纪提出的。在《摩登时代》这部电影中,机器最终出现了自己的问题,所以机器不是完全安全的,越是复杂越是应该考虑使用者该如何使用,所以20世纪80年代大家就开始考虑这些东西,如何让机器更好地让使用者使用。比如,苹果公司的电脑系统使用性很高,并且很容易被人们所理解。

       对于这一目标,我们追寻了十多年,我们还曾资助过慕尼黑的一家公司,他们也是做机器学习的,经过十年的研究之后做得非常成功,最后生产出了一套机器系统,所有人都可以使用,即使是学校也可以使用这些系统来更好地培养自己的学生。也许从外部看起来它还是很像一个机器人,但是它的内部有自己了不起的特性。此外,更为重要的一点就是价格,如何才能更便宜,从而让所有的中小型企业都可以买得起这件设备。对此,我们希望能够做出更多的突破,设计研发出这样的系统。

       首先,要像教儿童一样教机器做最简单的工作,而这样的系统应该是安全的,就像是即使手里拿着一个钉子去刺气球都应该刺不破才对,这是中央神经系统,应该有非常扎实的基础,能够使用非常安全、非常本能的方式去保护人类。我们需要对其进行很好的规则设定,也就是符合规定的动作,就像人们所遵循的方式一样,应该完全遵循规则行为。第一级别的AI可以解决一些简单的问题,但是对于它所没见过的事情,它便不能解决。接下来就是这种设备是可以循序渐进地去解决一些它没有见过的情况,在刚开始接触表面的时候进行测量,像人类一样做出自己的反应、感测和计算。

       我们必须控制这些设备,保证整个过程能够顺畅进行。这种机器人可以独立于软件和机器人的环境,控制自己的周边,不管环境怎样都可以进行力和角度的调节,进行非常高效的测试。最后就是需要去除人的因素,对于人类来说,如果摸到讲台的话,就知道自己是站在讲台边,那么机器能不能做到这样,在一个顺畅的环境当中工作呢。人类在两三岁之后才能控制自己的身体,那设备能不能和我们所期待的一样,可以更为协调地控制自己的身体,这也是值得我们进行进一步的研究的。

       对于机器人的安全问题,很重要的一点就是一定要控制动作。当人类在空间中移动时,有的时候会碰到线,而对于低级系统的AI来说,它们可以做到像任何的工业机器人一样,对精确度要求很高的情况下进行高速运动,达到最为精确的标准。

       在现实生活中,有很多工作看似无聊繁琐,但还是需要人类去做,比如像安装电子元件之类的工作。但是我们想让人类能够从这些琐碎中解放出来,去做其它一些有创造性的工作。很有意思的是,我们可以设计研发出机器人,让它们帮助我们去做这样的事情。比如抛光或者类似的工作,这项工作人类已经做了二三十年,但实际上很无聊,我们就可以对机器进行训练,让机器以一种敏感、高效、安全的方式来做这些工作,而在这个过程中对机器人的控制也很重要。人类如果没有受到任何训练的话,能不能胜任这些机器人的工作?当人类和机器人在一起工作时,就形成了一个生产工艺,人和机器人是可以顺畅地进行合作的。主要是这样的方式还可以在工厂当中创造出更多的就业岗位,无论从哪个角度来看,这种方式都是卓有成效的。我们认为技术的进步和机器人能力的提升,以及人机协同工作等,是一个非常大的进步,但是我们必须往前再走一步。十五年前人们对机器人的恐惧比现在更大,但是事实证明,现在机器人确实帮助我们做了很多的工作,同时在未来,机器人也可以创造出更好的工作岗位,让人类拥有更美好、更高质量的生活。

       下一步要研究的就是机器人能不能很快地进行学习呢?几年前我们曾经在德国进行过相应的研究工作,当时的想法是希望能够让机器人拥有像儿童一样的学习能力。如今,能够学习进行各种操作的机器人是出现了,但是它们还没有达到接近于人类的智能水平。我们能不能在线进行机器学习或者人工智能作业?曾经有一个经典的机器人方式,就是设计插孔的问题,其中采用了强化学习的算法,也使用了人工的介入,这样的机器人在5分钟就已经完成了任务,甚至胜过了成年人。

       如今,我们可以让机器人学习感官运动智能,但能不能把人工智能变成通用智能呢?比如,机器人像儿童一样学习把钥匙放进钥匙孔里的做法,当它学会之后能够把自己学到的知识传递到下一个机器人,也让下一个机器人能够完成同样的任务。对于机器人来说,学习这项知识需要五到十分钟,要是传递给下一个机器人的话,下一个机器人可以不经过任何学习就能够把钥匙插到钥匙孔里面,而且这种钥匙孔是下一个机器人从来没有见到过的。也许,未来我们可以实现这样的事情,但现在,我们还需要进行更多的研究与探索。

(本文根据德国慕尼黑工业大学机器人研究所所长Sami Haddadin在“2019世界机器人大会”现场演讲整理而成,未经演讲人审阅)

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