清华大学赵明国:人形机器人似“佐罗的马” 5年后或将真正进入家庭

2016-11-30 12:54 来源:中国网  我有话说
2016-11-30 12:54:54来源:中国网作者:责任编辑:胡菁菁

[“人形机器人和佐罗的马有着共同之处,马既是佐罗的交通工具又是他的伙伴;机器人也并不应该是人的工具、替代品,而是一个家庭的伙伴,可以与人交流协作。”]

在当代,机器人借着科幻小说和影视作品深入人心,人们在小说里或是在银幕上看到各式各样或正或邪的机器人。然而与现实形成鲜明对比的是,人们的生活中却甚少出现真正的机器人的身影。这种现状可能会在不久就能有所改变,很多机器人学术研究领域的专家认为,机器人进入家庭,与人类交流协同或将不再遥远。清华大学自动化系的赵明国教授就是他们之中的一员。

带领清华大学“火神队”赢得RoboCup国际冠军

除了是清华大学的教授之外,赵明国在圈里面最为人所熟悉的是机器人世界杯RoboCup的冠军队成员。说起RoboCup这项机器人领域最为热门的赛事,要追溯至1997年,当时也是因为人机对弈,人工智能与机器人的话题热度曾一时无两。当年5月,IBM深蓝在国际象棋中击败人类世界冠军。随后的7月,美国宇航局的探路者号成功着陆,第一个自制机器人系统“旅行者”被部署在火星表面。1个月后,第一届正式的RoboCup在日本举行,“2050年实现机器人足球队战胜人类世界杯冠军队”是RoboCup的最终目标。

“相对而言,诸如深蓝和AlphaGo在国际象棋和围棋上对人类的挑战,无论难度如何都是属于静态问题,而要进一步发展,则需要机器人在更为复杂的环境里解决动态问题”,让机器人踢足球是RoboCup发起者参与者包括赵明国自己所认同的,能够有效推进机器人发展的一种方式。“要达到最终战胜人类世界杯冠军队的目标,机器人需要解决涉及到动态环境、对环境中噪音识别、多机器人交互协调等问题”,赵明国教授如是说。

正是被这一目标所吸引,赵明国教授发动清华大学的同学组建了一支机器人足球队,即如今的清华大学“火神”队,在他的带领下,团队很快在RoboCup上崭露头角。

2004年,火神队带着实验室买来的Sony公司Aibo机器狗参加了国内首次RoboCup,并一举拿下了四足组的冠军。很快,赵明国教授开始带领火神队冲向国际,并获得了相当不错的成绩。2006年,他们的四足机器人在RoboCup的12米竞速走挑战赛中得了第一名,成为当时跑得最快的机器人。

参加比赛并不仅仅是为了获得好成绩,一方面是通过参加比赛来验证相关的研究结果,另一方面是为了适应不断提高的比赛要求去促进研究的提升,即推动教学、培养人才和提升研究水平。2008年开始,赵明国教授正式将机器人研究纳入清华大学自动化系的一门课程。

目前,赵明国教授在清华大学带领的团队有十几人,其中,本科生着重于比赛和应用,研究生博士生则着重于技术研发。尽管已经获得了诸多成绩,但赵教授表示,团队在综合能力、视觉、决策等方面还有很大的提升空间。

人形机器人就像“佐罗的马” 是伙伴不是替代品

虽然以四足机器人获得了成功,但是对于赵明国教授而言,更加吸引他的却是科研难度更高的双足人形机器人。

从2006年起,赵明国教授的团队将比赛的重点由四足机器人转向双足机器人,一方面源于Aibo机器狗的停产,赛事转用双足机器人NAO。考虑到成本,团队选择了在软件之外涉足自主硬件开发;另一方面则是双足机器人更利于自动化专业的他们发挥机电控等技术上的优势。在大家十分注重人形机器人行走的2008年,团队根据“被动行走”方法研究出了一套“虚拟斜坡”的方法,并在内部实验机器人上成功实现了世界上行走最快的双足机器人。这项技术也让火神队在RoboCup中的实力大幅提升,使得团队机器人在“行走”方面成为最顶尖的两支队伍之一,并在随后的比赛中一直名列前茅。

之所以从四足机器人转而专注于双足人形机器人研究,赵明国教授还有着更广泛的人文层面考虑。在他看来,人形机器人是最为人类接受以及最适应人类生活及情感的形态,而人形机器人是家庭服务机器人的最终目标,这就需要赋予机器人以人的形态以及人的功能,这是人类与机器人之间最友好的交互方式和使用方式。在技术层面,他也提到,当前人形机器人在原理性上还存在很多未知有待人们不断地探索和完善,因而这是一个在未来20-30年具备重要价值的研究主题。

“我认为,人形机器人和佐罗的马有着共同之处,马既是佐罗的交通工具又是他的伙伴;机器人也并不应该是人的工具、替代品,而是一个家庭伙伴,可以与人交流协作。”

赵明国教授提到,受限于技术和成本,目前没有确切的技术可以保证人形机器人的实用化,仍处于科研探索阶段。因此,实验室致力于开发像人类运动一样具有很高的能量效率,走路、步态更加自然的机器人。开发能够在复杂的环境行走,同时保证能量效率、对环境的适应性、稳定性、命中率都比较高的方法。因此,他认为最早从动力学出发的一套方法至今依旧可行,但同时需要很高的控制系统的软件、硬件和算法。近年来,随着人工智能提升、深度学习方法的出现,为研究提供了新的手段,他预测近两年会有新的突破。

技术渐进积累 5年后人形机器人或将走进家庭

“人形机器人是家庭服务机器人的最终目标”,目前的技术研发都在为达成这一目标而努力。

在赵明国教授看来,人形机器人要最终实现应用,核心是人工智能,但只靠人工智能是不够的。“对于人形机器人来说,人工智能只是手段之一,是机器人的大脑、神经控制系统的核心;而在身体层面,人形机器人需要机械制造、材料、生物、运动控制技术等技术作为支撑。”

为了推动技术研究与生活应用的结合,由赵明国教授领导的清华大学机器人控制实验室,正在与百度IDL研究院、Intel研究院等机构合作,研究各种机器人保持平衡的技术,近期,他们还将与国内某机器人独角兽公司进行技术合作。

赵明国教授认为,机器人的发展是一个渐变而非突变的过程,从技术的发展历程来看,机器人进入家庭大概需要5年以上的时间。他还提到,人形机器人进入家庭的过程也将是渐进的。目前人形机器人最先突破的领域可能是公共服务领域,如图书馆、酒店、银行、超市,然后再到家庭服务领域,不仅能够对话,还能够切实实现如倒水、拖地、洗碗等服务。而进入家庭服务的人形机器人形态也是由粗糙到精细的过程,由轮子行走、到轮腿复合再到双足行走。在他看来,“双足或轮腿复合的机器人在未来5年左右一定会落地”。


[责任编辑:胡菁菁]

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