2015世界机器人大会会议纪要(全)
第一部分机器人大会简介:
2015世界机器人大会由中国科学技术协会、工业和信息化部、北京市人民政府将共同举办。大会将围绕世界机器人研究和应用重点领域以及智能社会创新发展,开展高水平的学术交流和最新成果展示,搭建国际协同创新平台,组织我国专家和国际同行研讨机器人发展创新趋势,明确机器人产业发展导向,探寻机器人革命对未来社会发展的深刻影响,为我国制定机器人产业发展战略、推动制造业转型升级提供决策参考,提升我国机器人产业的国际影响力。
2015世界机器人大会具有定位高、国际化程度高、参会人员规格高、活动内容丰富等特点。来自13个国家及港澳台地区的64位机器人领域知名学者,以及78名国内知名专家,参与主旨报告会和12个专题论坛。40家国际企业、85家国内企业在博览会上集中展示一系列国际领先的机器人产品与解决方案。12个机器人国际组织,包括中国工程院、中国科学院在内的58家国内科研机构参与大会。18个国家和地区的151支青少年代表队参加为期两天的机器人竞赛角逐。
本届世界机器人大会主题为“协同融合共赢,引领智能社会”。大会分为“2015世界机器人论坛”、“2015世界机器人博览会”以及“2015世界青少年机器人邀请赛”三个部分。
全国政协副主席,中国科协主席韩启德主持大会,开幕介绍中,他表示,机器人正在改变人类的生产模式和生存方式。机器人战略已经是各个国家的科技战略。
第二部分各位领导的讲话:
习近平主席贺信:
值此2015世界机器人大会开幕之际,我谨代表中国政府和人民并以我个人的名义向大会的召开表示热烈的祝贺,向出席会议的国际机构负责人及专家学者、企业家等各方来宾表示诚挚的欢迎!
在人类发展进程中诞生了大量具有里程碑意义的创新成果。巴比伦的计时漏壶、古希腊的自动机、中国的指南车就是古代人类创造的自动装置中的精妙之作。这些创作发明源于丰富多彩的生产生活实践,体现了人类创造生活、利用自然的执着追求和非凡智慧。
当前,世界正处在新科技革命和产业革命的交汇点上。科学技术在广泛交叉和深度融合中不断创新,特别是以信息、生命、纳米、材料等科技为基础的系统集成创新,以前所未有的力量驱动着经济社会发展。随着信息化、工业化不断融合,以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现代科技创新的一个重要标志。中国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域。我们愿加强同各国科技界、产业界的合作,推动机器人科技研发和产业化进程,使机器人科技及其产品更好为推动发展造福人民服务。
本次大会以“协同融合共赢引领智能社会”为主题,体现了各国协同创新、多学科融合共赢的发展趋势,体现了全球科技界、产业界的共识。我希望各国科学家和企业家携起手来,共同推进机器人科技创新发展,为开创人类社会更加美好的未来做出积极贡献。
预祝大会圆满成功!
李克强总理贺信:
机器人是衡量现代科技和高端制造业水平的重要标志,也是抢占智能社会发展先机的战略领域。世界机器人大会在北京召开对促进中国和全球机器人技术与产业发展具有重要意义。
中国正在实施创新驱动发展战略,大力推动大众创业万众创新、互联网+和中国制造2025,这将有力促进机器人新兴市场的成长,创造世界上最大的机器人市场。希望各国科学家、企业家携手加强合作,共享智慧成果,推动机器人科技创新和产业发展实现更大的突破,为全球经济注入新动力,为开创人类社会的智能时代做出新贡献。
电气与电子工程师协会、机器人与自动化学会主席RajaChatila先生致辞:
尊敬的李源潮副主席,尊敬的中国科协主席,尊敬的北京市市长,各位嘉宾、女士们、先生们,各位朋友们,我谨代表电气和电子工程师协会、机器人和自动化学会,向中国科学技术协会、工业和信息化部、北京市人民政府对组织此次历史性的盛会“2015世界机器人大会”表示祝贺。此次大会是由电气和电子工程师协会、机器人和自动化学会以及其他国际组织支持的会议,同时也感谢邀请我在此次开幕式发表演讲。
EEE机器人和自动化学会是一家拥有12000名会员的国际组织,近30年来一直支持着机器人和自动化领域的研究、创新、教育和传播。
女士们、先生们,如今人们普遍意识到我们正在见证一场由快速改变社会的信息技术带来的新革命。诚然我们确实永久的利用着信息技术,不仅是在办公场所、办公室还是公司,不管我们从事怎样的活动,即使在家、在日常生活中,每个人也都彼此互联。
我们在全球范围内形成了持续永久的沟通,不久之后物体之间也将通过物联网实现互联互通。然而,另一场革命也在进行。它的征兆在几年间一直若隐若现,它不仅是信息的革命,也是行动的革命。物体之间不仅将产生沟通,而且将在现实世界开展行动,这便是技术引发的革命,这也是行动的科学。
机器人不仅改变着我们的知识,而且改变着我们的行动,他们已经在一些工厂得到应用,在这些工厂里他们转变着生产过程,实现更为灵活的自动化,和普通工人一起工作,从而重塑了工厂的未来。它们已经开始辅助外科医生开展更为安全的微创手术,它们在探索火星,帮助人类在危险的海下环境开展作业。正如全自动汽车一样,未来几年它们将以更安全的方式搭载我们穿越公路和街道,也将以更快的速度实现物品的空运,它们将被用于农场和农田以改进农业,同时也将在施工场地得到应用,它们将被用于干预灾害,此外它们将被用在公共场所和家庭环境中,为我们提供帮助、娱乐以及新的服务,这是一场科技革命也是信息和行动的革命,将渗透我们的生活、将挑战社会,改变工作模式。塑造全新的产业,培育全新形态的创新型企业,可能成为发展中国家实现新增长高度的契机,也将就如何将新型机器整合进人类社会带来一些新颖的问题。
今天,世界机器人大会在北京召开,彰显了世界各国对机器人技术的关注。我们的目标是推动机器人科技造福全人类!谢谢大家!
李源潮副主席讲话:
本次大会是国际机器人领域的综合性大型会议,在中国举办这样的会议是第一次。这次大会以“协同融合共赢引领智能社会”为主题,研讨交流世界机器人研发和智能社会发展的趋势我觉得很有意义。当前,信息化与工业化深度融合,智能社会初露倪端,机器人技术是智能社会创新发展的风向标。习近平主席在贺信中深刻指出,以机器人为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现时代科技创新的一个重要标志。在这里我就中国发展机械科技和职能产业的政策谈几点看法,与大家共同交流。
第一,坚持融合创新,实现技术突破。机器人是多学科、高科技交叉融合的产物,涉及计算机自动控制、新材料、新能源、人工智能等一系列前沿技术。目前,机器人技术已经有了很大进步,有的人工智能机器人已经具有相当程度的自主思维和学习能力。但是机器人研发还面临着不少亟待突破的技术难题,比如如何实现人脑与机脑信息的交换,如何实现机器人与生命组织之间的融合,如何实现机器人自组装和自修理,攻克这些难关需要多学科专家合作,希望大家秉持融合创新的理念,加强多学科、多领域的交融。在融合碰撞中激发创新火花,在合力攻关中实现技术突破。
第二,坚持协同创新,打造新兴产业。当今世界经济复苏缓慢,中国经济发展进入了新常态,各国的转型发展急需新的动力,机器人被誉为制造业皇冠顶端的明珠,既是新兴产业的代表又能通过开发新的需求创造更新的产业,比如无人机、工业机器人、服务机器人、人工智能机器人的广泛应用,推动了产业的转型升级。希望大家秉持协同创新的理念,加强产学研政经的协同,建立技术创新联盟,不断创造新的业态打造经济发展的新引擎。
第三,坚持开放合作,拓展广阔市场。国际机器人联合会预测机器人革命将创造数万亿美元的市场。目前,全球机器人市场主要以工业机器人为主,占市场份额的80%。但是从未来的趋势看,服务机器人将成为新的热点。今年中国的双11,这是中国的一个网上销售节,一款扫地机器人进入了网上家电销售的前10名,它的销售额甚至超过了现在风行一时的小米手机和创维电视。现在欧州、美国、日本等发达国家在机器人创新应用方面走在前列,但是发展中国家的市场潜力更巨大。希望大家秉持开放合作的理念,开放市场、开放技术,互利合作、共同发展。
第四,坚持共享普惠,造福各国人民。目前,各种机器人产品已广泛应用于生产生活,装配机器人、搬运机器人、家政机器人、收割机器人等等,给人们提供了便捷高效的服务。可以预见机器人将像手机、电脑一样成为我们离不开的帮手。现在机器人的普及应用还面临成本比较高、功能单一、智能化水平不高等障碍,希望大家秉持共享普惠的理念,携手推动机器人的研发生产,降低应用成本,将更经济、更智能、更人性化的机器人进入千家万户,让人民共享科技进步的成果。
这次大会期间还将举办世界青少年机器人邀请赛,来自16个国家和地区的145支代表队将参加比赛。青少年是科学的未来、创新的希望,机器人青少年世界杯、世界青少年机器人奥林匹克赛深受各国青少年的欢迎,中国科协举办的青少年科技创新大赛,其中的机器人项目是青少年最踊跃参加的项目。中国的中小学和社会培训机构都开办过很多机器人兴趣班。希望大家把机器人的明天寄托在广大青少年身上,更多地组织青少年机器人科技活动,培养青少年的兴趣爱好,激发青少年的创意创造,为世界机器人技术和应用积蓄源源不断的新生力量。
中国政府高度重视发展机器人技术和产业,中国制造2025规划将机器人作为建设制造强国的重要领域之一,中国已经连续两年成为全球第一大工业机器人市场,占全球市场总销售量的四分之一。但是中国在机器人研发领域,与世界先进水平还有不少差距。中国已经提出“十三五”规划,建议将大力推进创新发展、协调发展、绿色发展、开放发展、共享发展。这次大会“协同融合共赢引领智能社会”的主题与中国“十三五”规划发展理念高度契合,中国将以更开放的姿态欢迎世界机器人领域的专家、学者和企业家来华交流合作,为推动世界机器人技术和产业的发展,为人类文明进步做出更大的贡献!
谢谢大家!
第三部分战略与趋势主题演讲:
机器人技术国家工程研究中心主任,中国科学院沈阳自动化所研究员,中国工程院院士王天然,做题目为《机器人助力中国智能制造》的演讲:
从2000年到2013年,十三年期间中国进口机器人增长100万,最近几年增长的势头非常快,切实的反映出中国对机器人的需求,我感觉中国需求机器人是中国社会发展的一个阶段是一个正常的、必然的结果。首先我们看现在,当前经济学的变化是劳动者的工资快速上升,劳动力短缺。有的地方直截了当的提出来用机器换人,机器人是首当其冲的。中国这些年通过快速的发展,制造业的产值已经很高,但是质量、效益、水平都比较低,跟发达国家还有很大的差距。全球劳动生产力也比较低,跟发达国家差距就更大。所以如果我们要想实现制造业的转型与升级,提高效率是一个重要的内容,这当中最有智能化的,能够灵活的机器人设备是会发挥巨大作用的。
现在机器人应用也很不平衡。首先从地域来看,主要是集中在东南沿海地区,随着经济的发展必然向其他区域过渡。从应用领域来说也很不平衡,首先是汽车和电子行业,其他领域应用的比较少,现在发现很多其他领域也有需求。另外,大家都知道先进制造的发展方向是智能制造,而机器人是智能制造当中的一个支撑设备,我们国家必然的要借助技术进步的力量来发展我们自己的制造业。最近这些年以来,我们国家对服务机器人的需求快速的增长,首先从国家来说,需要在科学考察的机器人,医生来讲需要医疗辅助机器人,在国家鼓励政策支持下相信会不断爆发新的机器人,来满足现在住院、看病的需求。面对这样一个需求的形式。对我们来说如何把我们的技术提高上去,使我们的产品和产业更好的在中国制造大潮当中发挥作用是我们的任务。
我想谈一谈现在机器人已经取得的成果和发展的形式。中国从上个世纪七十年代开始进行机器人研究,很多单位参加机器人的研究,而且取得了不少科研成果,其中有些科研成果已经成功的应用。比方说现在科考机器人,到南极进行过科学考察。水下机器人,这些大洋深处的海底观察。移动机器人首先救灾和反恐防爆的应用。旋翼无人机在国家电网的检查当中也发挥了作用。这个是中国科学院沈阳自动化研究所研究出来的,中国科学院沈阳自动化研究所也是最早开展机器人研究的单位之一。哈尔滨工业大学在国内的机器人研究有悠久的历史,技术在很多单位也有应用,在航天领域的应用是非常成功的。核电站应用机器人,已经研究出了几个机器人在核电站应用。北京航空航天大学研究成功的,对脑外科手术用的机器人,这个已经临床应用。以及深水作业的机器人。
相当多的单位都研究出在工业上用的机器人,各种各样的机器人,很多已经在实践中应用。我总结这些例子说明,通过这些年的努力,我们在很多领域和方向已经取得了一些应用成功的成果,同时也说明我们还有相当多的空间和差距需要去努力。
我们的产业如何?2013年,国际机器人联合会对中国机器人有一个分析。它觉得中国机器人产业创新比较弱,中国的机器人产业相对比较小,竞争力比较差。中国的工业对于机器人产业发展支持能力比较弱。我觉得这个分析是非常中肯的。我认为中国通过这些年的努力,已经基本掌握了工业机器人设计技术并积累了工业机器人应用经验。现在机器人产业在发展当中,现在迅速生长出很多机器人公司,虽然这些公司现在还没有找清楚自己的发展方向,但是它为将来中国的机器人产业奠定了基础。有一些公司已经在市场当中找到了自己的发展方向,实现了良性的循环。
服务机器人是庞大的领域,中国在这方面做了很多研究,现在比较起来产业还比较少,这个产业在酝酿和发展。新松机器人公司,是上市公司,也是中国机器人产业联盟理事长单位。广州数控设备有限公司,除了做工业机器人产品外,还做机床控制器。广州启帆工业机器人公司也是最近几年发展比较快的。南京的埃斯顿自动化公司。上海新时达机器人有限公司、北京的遨博。服务机器人的两个公司深圳大疆创新科技公司,深圳优必选科技有限公司。这些是现在一些机器人企业代表,反映了现在中国机器人产业的大概情况。
由于大家共同努力,最近几年中国机器人的自给产能无论数量还是产值都有所增长,但是所占份额很小。而且我们的应用领域虽然开拓了许多新领域,但是所做的工作技术上来看多数都是做搬运的,所以还有很大的发展和提升空间。
为了使中国的机器人产业健康发展,国家发改委、公信部、科技部、标准化管理委员会、国家产品质量监督与检测检疫总局都非常支持这项事业的发展,相继成立了一些组织,包括中国机器人产业联盟,希望它很快变成一个行业协会,现在它是和国际机器人协会的接口单位。还有检测与评定中心、质量检验中心等等。
在现在这种形势下,我们企业要努力壮大自己,传统的就是要扩展新的应用领域和提高自己的产品水平。另外就是应该看清新的发展方向,增加创新,抓住机遇,发展自己。这也是做大做强的一个手段,也是最重要的手段。我单列出来,是觉得这件事情应该予以特别注意。因为新需求会产生新的技术,产生新的机器人。下面谈谈我们机器人应该注意哪些发展方向。
制造业向智能制造发展已经是共识,智能制造向现有机器人提出了新要求,并不是现在的机器人就能够满足现代的智能制造要求,更不能满足往前看的智能制造要求。另外技术进步特别是信息技术进步为机器人进步提供了支持和保证。同时学科交叉也给机器人发展提供了机会。当前由于产品的生命周期越来越短,用户的个性化制造要求越来越强烈,给机器人提出了新要求。现在电子产品的生命周期只有两年,为了生产新产品更换生产线要100天、200天是不能忍受的。汽车生命周期已经由五年缩短至三年。为适应新产品的生产,更换生产线,以月计也是不能忍受的,希望能以天计,最好能在几天之内完成,这样就需要灵活、快速的生产单元,这对机器人提出了新要求。要是现在的机器人要改变现有的生产方式,要能够迅速进入新的生产当中,机器人要做这些,一个重要的事情是国际间能够快速标定,现在很多人都在用信息技术做三维建模。
机器人进入新的移动系统中,不仅和机器相联系,不仅是和控制系统相结合,现在信息系统包括网络系统不断地影响和进入到机器人生产系统中,如何将这些系统迅速连接在一起也是当前要解决的一个问题。还有现在的工业机器人实际上是没有手的,我们在工作中都是根据具体对象设计具体的末端执行机构来工作,到现在为止是有效的。人们一直希望能够发明一个廉价的、通用的“手”,这件事情到现在为止还是得继续努力的。
智能制造的发展要求机器人和人的关系要发生改变。为什么这样说?现在的机器人和在汽车行业上的应用顺风顺水,用的很成功。即使是现在存在的造船、造飞机,这些企业的零部件都是用高精度的生产系统加工出来的,但是在装配的时候,相当多的情况下需要人类亲历亲为。需要机器人,想用机器人,但目前机器人不能满足需求。劳动密集型产业希望用机器替换这些人,替换结果发现并不是所有的劳动密集型产业,现在的机器人就能简单替代的。现在的机器人在很多场合并不满足于要求。(图)再制造业现在的工作方式就是手工作坊。
我们面临着一种选择,不然做全自动化的生产线,不然设计一个手工作坊。人和机器人合在一起,有人提出混合自动化,可能是很合理、很高效的生产方式,这就要求机器人和人融合。服务机器人领域也是一样,回想15年前,这段时间服务机器人有很大进展,但是如果当时的乐观估计现在没有实现,主要原因是人和机器人不能很好的融合。服务机器人更需要机器人和人很好的融合。所谓的与人共融,就是能在同一自然空间里工作,能够紧密地协调,能够自主的提高自己的技能,能够自然的交互,同时要保证安全。实现这样的与人共融的机器人,人与机器人的关系就会改变,是一种朋友关系,可以相互理解、相互感知、相互帮助。
要做与人共融的机器人就把人的符号化能力、学习能力、预见能力、自我调节能力、逻辑推理能力与机器的精准、力量、重复能力、作业时间、环境耐受力结合在一起。当然我们可以看得更远一点,现在在大尺度上机器人和人一起融合,将来可能在生物电信号的解析,生物反馈控制人机协调和本体结构设计,在更远的未来在分子尺度上人与机器人共融。
机器人是智能制造的支撑设备,必将助力中国的智能制造发展,满足中国的民生需求。与人共融是下一代机器人的本质特征。各个学科的交叉结合将为机器人带来新的发展机会。所以我们应该关心它、抓住它为我们服务。
日本科学技术振兴机构主席顾问MichiharuNakamura作题为《机器人的现在与未来》的报告:
我们现在所处的时代,是一个网络战争,同时在实体世界中不断地出现社会创新和进步的时代,特别是在机器人行业方面的发展不断地改变着社会与人类的活动,也横跨了工业、医疗、灾难救助、物流、自动驾驶以及其他各个领域。我们能够看到日本的机器人在Edo时代发挥的重要作用,并且它不断地服务于富有人群,后来慢慢在大众中变得越来越受欢迎。(图)左边的这个机器人是19世纪发明的,同时Toshiba先生成立了Toshiba制造公司,这是东芝集团的前身。
我们有丰富的机器人发展的历史,差不多超过了半个世纪。在美国我们也可以看到很多类似公司。并且也看到了第一个工业机器人的发明,后来在日本看到了第一个工业机器人,在机器人的制造业行业以及在半导体、集装箱中也呼唤使用机器人,后来出现了日立的第一个焊接线路机器人。机器人研发方面在日本有丰富的历史,在索尼的AIBO系列中使用了家族机器人。后来越来越多与人类进行互动,并且不断地挑战自我,经过精准的控制模型,通过与人机互动技术方面的发展,比如语音识别的发展推动。机器人发展的第三个技术浪潮是机器人实现更多丰富的服务给我们带来了更多社会意义和挑战。比如说机器人真空吸尘器,像其他的机器人。现在我们已经看到了在机器人行业的发展,向社会更丰富的领域介入。在2020年东京奥运会,日本将展示出新的技术,在社会当中机器人将成为我们最主要的一个主题。
在日本,最早的工业机器人是在1969年的Kawasaki-unimate,这是用于大规模生产在集装线上做焊接的机器,可以实现汽车生产的连续性、质量和准确性,也是在集装线当中得到广泛应用,现在保管在东京博利博物馆。(图)这是日立开发的一个设施,当时我还在学习,我当时目睹了这些自动化焊接设施,其中包含50多个并联焊接单元,并且可以使用一些当时非常高精端的技术使用。另外机器人越来越嵌入到制造行业当中,并实现了前所未有的制造中的可靠性替代了很多的人力。
全世界范围内年均工业机器人的供应,它的增长非常快速。根据IFR报告,2014年机器人销售增长29%,达到22.9261万台,日本作为机器人开发和生产大国,但是由于中国以及其他的一些新兴发展中国家的增长,这些行业的制造业逐渐地开始向中国或者其他的发展中国家转移。对于电子行业仍然是作为工业机器人使用当中最主要的一个行业。
在成功发明工业机器人之后,我们也有其他一些非常有意思的机器人的应用,比如服务机器人甚至宠物机器人,这是80年代开始的发展。AIBO是索尼开发的,它引起了巨大轰动,受到日本家庭的喜爱。还有机器人乐园也成为了机器人使用的新领域,并且现在建立一些类人形机器人,它们有更好的控制技术,当然这个技术并不是特别复杂和精密,在这个技术当中我们追求与人类的互动,并且能够实现人工智能,还有机械方面的控制性。对于Cyborg类型的机器人是一种新的趋势,通过人类大脑的仿真方式,可以看到它作为人类大脑进行一种外骨骼延伸,我们看到这种应用有越来越多的发展,并且有一些系统可以使用这种非常重的材料,帮助人们进行复健,一些医疗中心中使用很多,并且其中的一些人机互动非常发达,帮助实现人机互动和人类复健。并且我们可以看到在德国机器人复健系统已经被医保覆盖。对于在商业方面,在一些新的机器人发展当中,包括真空吸尘器等,在20年的改革之后,自从80年代之后我们已经形成了先进机器人的一个新时代。
我们现在所处的一个时代是充满了转型,不光是在日本,而且在全世界范围都面临着快速的老龄化问题,有一系列的社会的挑战,对于老龄化来讲,其中包含了低出生率和人类寿命延长,并且在工作人口数目减少,越来越多的社保支出,另外我们也面对着越来越多的严重灾害,这给我们带来了基础设施的严重损害,还有安保方面也是最重要的一个问题。另一方面,我们看到信息通信技术的进展,根据美国未来学家的一些预测,对于在CPU的表现以及在存储性能和成本方面的降低,计算机的性能改善将会有进一步的发展,并且也会给我们带来在人工智能方面更广泛更深入的应用。
在这样的背景下,日本政府最近启动了新的战略,这一举措是为能够实现21世纪机器人革命,其中包括现代化的机器人技术,重新进行机器人的定义,根据自动化以及信息终端,以及联网这样一个概念式的发展,并且它可以应用在汽车或者消费电子、手机甚至家庭当中,我们也越来越多的充分利用机器人,不仅制造业当中还有日常生活中,通过机器人给我们提供新的价值,克服社会问题加强竞争力。根据这样的政策日本将启动机器人革命举措,希望能够把日本发展成为全世界的机器人创新中心,并且我们也希望能够使用机器人技术去打造护理以及医疗照护基础方面的世界领导力,实现机器人在利用IT以及大数据方面的领先能力。
日本的机器人革命举措当中的目标设定为2020年,其中包括各种改革,在应用角度包括了制造业、服务业、医疗保健、农业、食品工业、基础设施、灾难救助、建设行业。
机器人是个跨学科行业,包括机械工程、人工智能、电力控制等,所以说我们必须要实现技术的重新定义,包括集成驾驶技术、感应技术,来不断地实现新技术和现代技术的融合,包括纳米技术、生命技术和制造业信息等。
接下来给大家介绍我们最近的一些发展倡议和发展提案。首先我们有自动车辆的项目,它可以帮助我们大幅度的减少将来交通的事故。这是一个跨领域的创新。由日本政府支持的。在这方面也有非常多的发展创意。在该项目中最重要的是促进这些自驾驶车辆的发展,到2020年希望能够实现大幅度的自动驾驶车辆在路上出行。这样的车辆发展对于提高公路的安全性非常重要。我们必须要把这样的项目放在议事日程上,为实现完全自动化车辆的发展,我们必须要解决社会学的问题还有人文学的问题,我们看怎么在这方面进一步的调研,以便提高人们对全自动化车辆的接受程度。
日本现在推出了一个Fukushima-daiichi项目,日本80年代出现了大量核项目,后来出现了核泄漏事件,现在我们建立了事故响应机构,可以解决生化还有核方面的灾难。大家知道日本出现了福岛核泄漏事故,在这之后我们开始从2013年促进技术的发展,进一步响应核泄漏事件,进行事件的预防。我们首先强化了我们的能力,防止出现这样的核泄漏事件。其次,利用机器人在出现事故时进行事故响应。机器人在出现高危的电厂中可以发挥重要的作用,它们可以进入事故点进行调查,也可以去救援受事故影响的人员。灾害救援机器人是现在我们发展的一个非常重要的领域。我们通过发展突破性的技术,可以促进该领域得到进一步的发展。
当然我们要进一步地促进人机间的互动,我们的目的是为了去发展能够给人类带来非常多帮助的机器人,机器人必须要能够和人类共生,共同发展。我们可以发挥各个结构的作用共同合作,为了实现比较好的人机互动,当然必须要去发展比较好的新的材料,这样可以使机器人与人类互动变得更加安全,我们也要进行共同的研发,我们有一个人类测试的机器人,是由日本的一位教授在一个项目当中研究出来的。(图)这个机器人和人类的沟通真的让我们感到特别的震惊。
当然我们也要去促进远程机器人的发展。Susumutachi教授来自东京大学,他研究了怎么样把传输的技术纳入到机器人当中,这样可以增加机器人对压力、震动和温度的感知。把该技术和远程沟通来结合,也可以用在远程医疗方面和购物方面,我们必须要把这些最基本的机器人的研究纳入到国家政策当中。
最后我要给大家介绍一下服务机器人的安全评估。在日本现在已经建立了机器人安全中心。我们也有2020年的展望。该中心是建立在2010年12月。机器人研究中心的目的就是为了去制定服务机器人安全的检测标准增强它的安全性。在研究服务机器人方面必须要满足这样的安全标准,也要促进全球安全标准的一体化和标准化。在该研究中心的协调下我们开展了非常多的现有服务机器人安全评估工作,且众多机构参与其中。服务机器人是多种多样的,有一些出行辅助机器人还有一些其他机器人已经进行了安全测试,当然我们也要考虑国际机器人安全标准,我们要促进建立ISO的国际机器人安全标准,我们必须进行合作。
我希望今天的会议取得圆满的成功!非常感谢各位!
第四部分技术与创新主题演讲:
美国密歇根州立大学电气及计算机工程系杰出教授、中国科学院沈阳自动化研究所的席宁作题为《超限机器人技术:应用于挑战》的报告:
机器人是一个多学科、综合性的领域。机器人发展的动力来自两个方面:一是新技术发展的推动,二是新应用的拉动。从这两个方面,推动和拉动了机器人技术的发展。所以我们从新技术的出现和新应用的出现来谈一下机器人的发展。
当机器人最开始出现的时候,机器人和人在同样的环境里进行工作,发展机器人主要的目的是代替人。由于信息技术的发展,从机器人简单的代替人,现在发展到可以扩展人的能力,机器人除了能够干一些人能干不想干的工作以外,还能干一些人干不了工作。比如机器人联网后,我们人可以通过网络控制远处的机器人,就可以做一些人够不着、摸不着的事情,所以信息技术给机器人的提供了新的动力,同时也提供了新的应用。
另一方面,纳米和微纳米技术的发展也给机器人提供了新的应用领域。比如在微纳米领域,最具有挑战性的问题就是环境非常小,我们要操作的位置也非常小,是看不见、摸不着的,现在机器人把原来看不见、摸不着的东西变得能看到、能摸着,扩展了人在微小环境里的加工能力。生物技术的发展也给机器人提供了很多新的应用领域,但是生物领域跟传统的制造业不太一样,因为细胞生活在特定的生理条件下,要把机器人技术推广到这个领域,不仅是操作的物质很小,环境也很特别。所以从这三个方面讲,机器人能够扩展人的能力,能够克服距离给人带来的困难,也能克服尺度给人带来的困难,还能够克服环境给人带来的困难,比如生理环境。综合起来,机器人除了简单的代替人以外,还能拓展人的能力,这就是我们所说的超限机器人,超越人的限度,克服距离、尺度和环境给人类带来的困难。下面讲一下这方面我们做的具体工作。
首先,信息技术给人的发展带来了什么新的机遇和应用?机器人最重要的应用就是自动化,机器人是自动化的工具。但是要达到自动化的目的,首先要有机器人,同时还要有传感器,这两个东西结合起来才能产生自动化。因为通过传感器可以把物理世界的信息变成数据,通过对数据的分析可以作决策,反过来作用到物理世界上,这就是自动化的过程。
现在机器人和传感器变成了一个从信息世界、数据和物理世界中间的交互工具,所以机器人从简单的代替人的工具变成了一个互联网基础设施,这个就是信息技术发展带给机器人的新角色。
通过机器人联网,我们可以形成所谓的物联网,机器人通过传感器可以监测环境,同时还可以通过物联网和机器人可以远程使用加工设备进行加工。这样可以把原来距离给人类带来的困难通过机器人技术和网络技术克服了。同时还可以通过网络进行一些医疗的诊断和治疗,通过网络让机器人做一些安全和国防方面的工作。
下面具体讲一下开发技术。我们通过网络和机器人的结合,可以进行远程的感知和操作,这样,网络不仅能够传播信息、数据、声音等多媒体信息,现在通过网络还可以传播动作、感觉,把这些动作、感觉和传统的声音、图像结合起来,就要叫超媒体。
这有什么应用呢?首先可以通过互联网支持远程医疗服务,进行乳腺癌的远程诊断,我们知道乳腺癌传统的诊断手段是通过X光,但是X光诊断只能诊断出80%左右的肿瘤,由于肿瘤的位置和大小的不一样,有20%不能通过X光诊断,要通过医生用手摸的办法来诊断,这个就跟医生的经验很有关系,在很多边远地区没有这种有经验的医生,我们通过机器人技术和网络技术结合起来,医生可以通过网络进行诊断,机器人不仅可以操作,本身还有传感器,可以把病人身体上的感觉通过网络传到一个远程的地方,通过装置再现出来,这样医生在远程通过装置和机器人就能够感觉到机器人感觉的信息,医生就可以直接对这个病人进行诊断。通过网络和机器人把病人和医生之间的距离拉近了。
在制造方面,现在很多工厂都是由于劳动力价格的原因设置在别的国家。比如说美国汽车的座椅是在美国设计的,但是生产可能在墨西哥生产,所以要对座椅的质量进行检测。怎么检测呢?是人摸这个椅子,感觉软硬程度进行打分,判断这个椅子达没达到要求。但是远程的情况下通过机器人技术,机器人带有传感器,通过机器人摸这个椅子,把感觉通过网络传过去,设计人员在远程摸这个装置,跟直接摸这个椅子的感觉是完全一样的,这样能够进行质量控制以及帮助他们进行设计。通过机器人和网络技术就把生产和设计中间的距离缩短了。同时我们还可以用这种技术进行客户定制,比如你现在去买车,每个椅子都是一样,但是如果有这个机器人技术,通过数学模型把感觉再现出来,买车的时候可以一直摸,直到选出合适的,然后根据数据造出一个椅子,满足你的需求。这里主要的观点是通过机器人技术把设计、生产和用户之间的距离缩小了。
微纳米技术给机器人的发展有什么推动和新的应用?我们知道微纳米技术的发展重要的方面是出现了很多新的材料,如纳米碳管、石墨烯,把这些材料变成有用的装置,比如传感器、电子元器件,其中很重要的过程就是制造过程。在制造过程中,我们需要有工具,还有一些加工过程。我们有车床、铣床和装配的过程。但是在微纳米领域,由于材料尺寸非常小,看不到也摸不着,就给加工带来了很多困难,要做到这一点首先要开发一些新的工具和新的制造手段,这样才能把微纳米材料变成变成有用的元器件。
机器人技术就在这里面起到了一个很重要的作用,帮助人们把原来看不到、摸不着的,变成了能看到、能摸着的,还可以进行装配和生产。我们开发了一套微纳米的机器人,这个机器人可以把纳米环境中物质之间的作用力直接拓展,让操作者可以感觉到,这样可以直接控制微纳米机器人,对微纳米尺度的物质和材料进行操作,而且可以自动的进行操作和装配。
下面是一个例子,这个是一个纳米线,在纳米线里黑的箭头就是纳米机器人,通过纳米机器人的操作,我们可以自动的把纳米颗粒进行移动,把纳米线进行移动,把它装配成你设计的形状。左面是CAD模型,就设计了这么一个三角形,把纳米线弄成三角形,把三个纳米颗粒放在中间。由于这个设计,可以自动转化成机器人的装配程序,纳米机器人自动按照一定的顺序把这个材料装配起来,整个过程是自动的。我们纳米线的尺度只有100纳米,头发的平均直径是100个微米,这个就等于是100千分之一头发的直径,是非常小的。
我们通过这个技术开发了一套生产制造系统,直接对纳米线的加工进行装配。首先是纳米线和纳米碳管,把它做成传感器,这里面包括从材料的选取、装配、电特性的测试到分装的整个加工过程,通过这个过程制造纳米器件和传感器。通过这个制造了一个红外传感器,由于纳米线有很多独特的性质,比如热噪声非常小,灵敏度非常高。所以用纳米线做出的红外传感器灵敏度高,而且由于它的热噪声小,也不需要冷却系统,所以能够做出高灵敏度、小体积的红外传感器。
但是要做到这一点主要的困难是必须有可靠的加工装配手段,因为纳米碳管必须做的非常非常小,传统的做法根据没有办法装配出纳米红外传感器。
再讲一个纳米机器人在生物医药领域的应用,我们知道机器人技术最成功的应用领域是制造业,特别是汽车制造业。我们今天早上说过90%的工业机器人都用于汽车制造的过程。而生物医药领域的产值远远大于汽车行业,但是在新药开发的过程中,很多过程都是人工的。我们知道装配汽车一般的技术工人是高中毕业就可以了。但是在新药开发过程中研究人员至少要大学毕业,很多是硕士、博士,所以开发成本是非常高的。怎么把这个过程自动化是一个非常重要的工作,是今天医药行业面临的一个很大的挑战。最重要的一点是我们希望怎么把机器人的技术用于新药开发的过程。
其实最简单就是要解决三个问题,一个是传感器感知的问题,在新药开发里面试验做新药,要有办法测量药效,这是一个感知的过程。同时要有一个操作的过程,就是把药放到指定的地方,控制整个过程。怎么把原来在汽车制造业的技术用于新药开发,如果能够做到这一点,经济效益会非常高。但是这里面面临很大的挑战,为什么?今天早上在报告里面说了,汽车里面的零件都是人设计的,尺寸都一样的,有误差但是很小,是一个结构性的环境,对机器人做高速重复性工作是很有利的。但是在新药开发的过程中要实验,可能在细胞上试验,每一个细胞长的不一样,位置也不一样,是非结构性的环境,怎么克服这个环境,能够把机器人用于新药的开发,是一个很重要的技术问题。
现在开发一个新药要10-15年的时间,要花10-15亿美元。像辉瑞制药这样的公司每年只能开发出1-2个新药,花费的钱很多。人类却不断出现新的疾病,病越来越多,研发药物的费用越来越高,出现的新药越来越少,是人类面临的很大挑战,解决这个问题重要的途径就是把新药开发的过程自动化,如果能够自动化,带来的效益是非常高的。
整个汽车行业的价值是8650亿美元,人们估计机器人和自动化技术产生了6560亿的价值,如果不用机器人、自动化,现在的产值也就2000多亿,自动化和机器人带来了6000多亿的产值。如果用同样的模式把这个转移到制药工业,比汽车产值大,达到9800亿,而且自动化程度非常低,潜在的价值有6800多亿的空间。如果能够成功的把机器人和自动化用于新药开发,产生像今天汽车工业这么大的应用,能够创造五六千亿的价值,这是潜在非常大。但问题和挑战也是很大,困难也是很多的。
我们在这方面做了一个工作,我们要开发一套自动化的系统,就像今天的生产自动化一样,不是装配零件而是开发新药,传送带送来的都是细胞,用机器人把药物放在细胞上这是一个操作过程,同时进行测量,看药物的效果,这样要高速的进行这个过程,这样才能提供效率,在短时间内对大量的药物直接在细胞上进行筛选,就可以提高新药开发的效率。要做到这样,需要操作、传感、控制,这就是机器人技术在里面起到的作用。
下面举两个具体的例子。一个是我们跟沈阳自动化所合作进行的研究,我们知道淋巴癌是非常致命的一种癌症,死亡率非常高。但是现在人们开发了一种靶向治疗药物,这种药物在淋巴癌细胞上有一个靶点,叫CD20,它是一个受体,如果把这个美罗华这种抗体结合到CD20的受体上,就可以把癌细胞杀死。这个对放疗和化疗都有好处,因为做化疗不管是正常细胞还是癌细胞都杀死,把人的免疫能力破坏了,所以副作用特别大,但是这个没有副作用,所以叫靶向治疗,它只杀癌细胞。但问题是有很多人虽然有同样的淋巴癌,但是没有效果,有些人却很有效果。这是一个很快重要的问题,在你进行治疗之前,如果你能够预测治疗的效果,对医生进行治疗的决定一个很重要的信息。但是在治疗之前,你怎么能知道治疗效果呢?现在我们就开发了一种技术,把病人的瘤细胞取出来,用纳米机器人把美罗华的抗体抓起来,直接放到CD20的受体上,然后进行测量,看看能不能把癌细胞杀死。我们发现同样的癌细胞,CD20和美罗华的结合率是一样的。如果结合率太小杀不死癌细胞,结合率大就可以杀死。有了这项技术就可以在治疗前把病人的癌细胞取出来,然后进行测量,看看美罗华能不能把癌细胞杀死,如果能够杀死的话,我们再进行资料,这样的话就能够预测治疗的效果,给医生对病人的治疗方案起到了很重要的作用,不仅节省病人的费用,同时也节省了很多时间。我们用纳米机器人把美罗华的分子抓起来,放到病人CD20的受体上进行测量,通过对测量结果的大量统计,我们会获得数据,知道当结合率达到一定程度的时候治疗结果是怎样的,这样给医生提供重要的信息,对于癌症的治疗起到很好的作用。
再有一个工作是帮助新药开发。我们知道很多人的听力不好,听力不好是什么原因呢?人的耳朵里有一种绒毛细胞,我们说话的时候,绒毛会震动,绒毛通过震动打开了与细胞上的离子通道,然后离子进入细胞,然后从这个细胞传到神经上,人们就能够听到东西,这是听力的过程,很多人的绒毛细胞有问题。通过振动产生、打开了细胞上的离子通道,离子电流进入细胞,这个细胞传到神经上,人们就能够听到东西了,这是听力工作的过程,但是很多人的绒毛细胞有问题,机械震动以后打不开离子通道,就产不了离子电流,所以就会听不到或者某些频道的声音听不到。在治疗这种病人时,可以通过实验就知道某种细胞有作用或者没有作用。做要这一点要有手段,第一要把药物放进去,第二要对细胞进行测量,还要有办法测量离子通道,我们开发了一套系统,通过纳米机器人,可以产生这种直接推动绒线同时测量离子电流,这样的话在小的环境中,我们就可以对药物进行高速的筛选,开发出新的药物就治疗跟绒线细胞有障碍的有关的听力的问题。
今天讲这几个例子主要想说明一点,机器人技术除了代替人以外,更重要还能拓展人的功能,能够做一些人做不到的事情,通过跟信息技术结合可以在远出进行感知和控制。通过纳米机器人可以在微小的环境中进行感知和控制,能够克服由于距离、尺度、环境给人带来的困难,然后进行操作和控制。在我们看不到的空间里有一个广泛的空间。机器人除了代替人在我们的范围内有广泛的应用以外,我们再走一步,在我们看不到、摸不着的环境里,机器人同样可以起到很大的作用,创造很大的价值,为人类做出很大的贡献。谢谢大家。
韩国高等科学技术院类人机器人研究中心主任JunHoOh作题为《我们从Darpa机器人挑战赛中学到了什么?》的报告:
大约是三四个月之前,在美国加利福尼亚举办了一个大型机器人挑战赛,我要跟大家分享一下我参赛的体验。
情况是这样的,2011年,大家都知道日本东部出现了地震和海啸,当时也出现了核泄漏,我们必须要进行疏散,在出现这样的事故之后日本政府决定要部署灾害响应机器人,美国军方也派遣了一些机器人来帮助应对这样的灾难,但是他们发现这些机器人受到了一些门和墙体等非常障碍物的阻碍,没法进入到大楼中,而且他们也没法与这些机器人进行通讯,这些灾害响应机器人无法应对人为产生的灾难。Darpa是美国的国防部高级研究计划局,Darpa进行了非常详细的规划来解决未来我们可能会面临的复杂问题。
首先假设机器人必须能够去驾驶常规的车辆,能够把这些常规的车辆驾驶到灾害发生地,到达灾害发生地的时候他们必须从车辆上下来,然后去清理路障,这样才能够进入到灾害发生地。
一旦进入到大楼,他们必须能够打开大门,进入大楼之后,机器人必须能够沿着非常陡的梯子或者楼梯往上爬,当有一些墙体阻碍了他们的前进时,他们必须能够在墙体上敲一个大洞以便穿行过去,如果一些管道泄漏,他们必须能够自己关掉阀门。最后这些机器人必须能够去解决一些出其不意的问题,要做一些没有事先界定好的工作。
为了促进活动的开展,Darpa决定要对机器人挑战赛投入上亿美元资金进行支持,选择了七个团队来帮助他们解决这些问题。每个获选的团队会获三百万美元的资金支持,每个参与者都可以获得这么多的资金支持,我们把它称为TrackA。TrackB是团队进行机器人操作来解决前面遇到的挑战,一旦参赛,他们会获得100万美元的资金,就是TrackB。后来韩国政府、日本、欧盟有三个团队,韩国政府决定要参加到机器人挑战赛,韩国政府提供了400万美金的支持,日本政府也提供了几百万美元的资金支持,欧盟也提供了资金的支持,机器人挑战赛三年的资金支持达到1.1亿美金。在该挑战赛当中,我们开展了几次活动。第一次是在2013年6月份,这是初选赛,到2013年12月份的时候进行了预赛,2015年6月份进行了决赛。
这些机器人是参加挑战赛的机器人。Atlas,是由美国一家公司发明的;HRP平台机器人,是日本的代表机器人,它主要是针对工业设计的,是人机共同合作;Jaxon是日本的机器人,这个机器人在2013年12月份预赛获胜后,公司被谷歌所收购;还有来自美国宇航局的机器人Rob simian,这个机器人研发的目的是为了在月球或者火星上进行施工,他也在太空当中进行一些作业,是太空作业的机器人;还有Chimp机器人,是卡耐基梅隆大学发明的,还有来自意大利的机器人Walkman;这个DRC—hubo的是我专门为此次挑战赛所组装的机器人。挑战赛一共有25个团队,有7个Atlas机器人,还有2-3个Jaxon机器人,有4个HRP机器人,其他的机器人也有几个。
挑战赛中,最开始是从右上角开始,首先必须要把机器人放到车辆上,机器人必须要开车,然后进入到目的地,接下来要从车辆上下来,进入到大楼当中。在这块他必须要转这个阀,接下来要拿工具在墙上敲一个洞,在这里它还要应对一些意料之外的状况,必须要穿过特定的障碍物,最后要从大楼上成功的撤出,离开救援地。
这样的一个任务最难做的就是他们下调了通信的带宽,通常需要一秒钟的时间才能获得比较好的视频的图像,但是一旦他们进入到了空间当中,Wi-Fi的带宽就变成了一万分之一,传一个图片需要一个小时的时间,一旦机器人进入到大楼,机器人必须自主去决定,没有外部的支持。这里还有操作室,它离现场有500米的距离,因此操作人员无法知道现场发生的状况,他们也不知道现场这些机器人是怎么运作,因为当时Wi-Fi通讯讯号是非常弱的。
25个团队中,有3个团队一个小时之内进入到了A点,最快的团队是44分钟就到达了目的地。卡耐基梅隆大学的团队是第二位,我们是第一位。很多团队没有完成任务。
25个机器人来自世界各地,他们的成本造价可能都达到100万-200万美元,可能需要花几年的时间才建造完成,它们行走的非常漂亮,操控也非常好,在实验当中它们表现的特别好,但在现实当中却会不断的摔倒,会出现这样那样的故障,很多人对于这样的结果感到特别的失望。
灾害响应机器人,他们在进入到灾害现场之前实际上遇到了非常多的障碍,因为他们遇到了真正的灾害。在我们实验室当中这些机器人表现的特别好,但是在真正的现场,他们可能会遇到非常多的障碍和困难,因此在实验室和现实世界区别非常大。究竟发生了什么样的状况呢?我们发现有几个原因造成了机器人的故障。大部分的是系统和硬件的故障。当我们制造机器人的时候,有时候我们让机器人行走,在实验室当中行走是很容易的,但是在任何地方让他们随时都能够行走是很难的,因为有时候这个系统并不是特别的可靠。我们发现两足行走本身对于机器人来说并不是特别安全。
还有另外一个问题,机器人自己行动的话是可以的,但是一旦机器人要和环境进行互动,他可能会遇到非常多的障碍。我给大家讲一个非常简单的例子,你可以看到有一些机器人他们要开门,对于机器人来说,开门这样的一个测试可能做起来是最难的。因为大多数的机器人擅长定位,如果你让机器人待在一个位置是可以的,而如果让机器人自身去模仿一个人类,或者自己去做一个事情实际上是很难的。我给大家再稍微解释一下,开门意味着这个门本身是有一个门闩的,它要是以门的闩为一个中心点让这个门旋转,在开门的过程中这个机器人就得按照开门的轨道做同样的动作,在这个轨道当中他要考虑到机器人和门以及在门闩位置的关系,所以说如果这个计算轨道错误的话,就打不开门。如果这个轨道是能够吻合的,就可以开门。如果不能够配合,机器人的手指头和胳膊很容易在开门的过程中就碎掉了。在很多的开门试验当中大家可能都曾经见过机器人是非常容易坏的,所以这个过程非常困难。我们认为来实现这种自动化和监管之间的谐和,有些东西需要让人工智能自己完全自主的做一些事情。有些事情可能不见得这么成功,而且有些人认为机器人可以做什么事情,但不见得,因为在过程中一些沟通的方式可能不一样,中间会存在一些延迟,有时候视频反馈又可能出现一些问题。这些对于这种自动化和监管都是非常重要的。
还有一点就是操作员会出现一些错误,用户见面,操作员在运作这个机器人的时候,在现实世界当中操作员本身也非常重要。在我们这个情况下,我们的胜利点主要是在比赛之前做过一些测试,我们尽可能一个接一个解决这些问题,在首尔我们制造了一个非常稳健的机器人平台,包括像电力方面,内部的通信等等。另外我们还有非常强劲的视觉控制器。视觉系统非常容易出错误,因为它会去解决很多的数据,视觉控制器在这个系统当中可能用到的比较多。