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人工智能专家张建伟:机器人会成为“刚需”吗?

       2021世界机器人大会上周在京闭幕。本届大会汇聚了108家企业的513件创新机器人产品,防爆轮式巡检机器人、熊猫机器人等20余款新产品在大会上广泛“圈粉”,仿生人形机器人成为吸睛亮点。

  自2015年至今,世界机器人大会已成功举办7届,这一阶段人工智能发展有何特点?本届大会上,服务机器人、工业机器人、特种机器人等引人注目,机器人会成为“刚需”吗?仿生机器人拥有足以以假乱真的人类外形,为什么要把机器人的外形做得如此逼真?会不会引发恐慌情绪?从世界范围来看,每年在亦庄举行的世界机器人大会有何特点?新京报记者专访了德国汉堡科学院院士、人工智能机器人权威专家张建伟。

  从首届机器人大会开始,张建伟一直参与大会的筹划,并帮助介绍国际专家和公司参会,疫情前也会每年来到北京亦庄。他表示,服务、工业、特种、医疗机器人已经成为社会刚需。世界机器人大会对公众开放,能够在一定程度上帮助我们满足真正的刚需以及缩短中短期能实现的产品差异距离。此外,他表示,在中国,很多家长带着中小学生,对以机器人为标志的高新技术给予了高度热情和关注,“这在世界上也是独一无二的。”

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  2018世界机器人大会上,张建伟(左)和受邀的世界著名机器人专家。受访者供图

  中国已连续数年成为世界工业机器人的最大市场

  新京报:世界机器人大会自2015年至今已成功举办了7届,从历届展示的机器人来看,中国的机器人研究和应用有哪些变化?

  张建伟:世界机器人大会举办以来,中国机器人在学术研究和产业化应用方面都取得了长足的进展。从论文数量上来讲,中国已经成为大国,比如在最新结束的ICRA 机器人与自动化的国际大会上,中国学者的论文数量已经超过了德国,位居第二。在机器人应用方面,中国已经连续数年成为世界工业机器人的最大市场,主要分布于服务、特种、医疗机器人等产业。另外,受益于政府的鼓励和扶植,中国机器人产业的发展与市场需求也清晰呈现出令世人瞩目的快速增长趋势。每年参展机器人公司的数量和机器人的细分种类都在逐年增加,各界对这个领域的关注和热情也有增无减,这是非常难得的。

  而对于机器人的科技创新,意味着我们要利用最新的科学发现和前沿技术,进行有机融合从而解决有价值的真实世界的问题。去年疫情暴发时,我和于晓华教授一起递交了有关“科技助力、分区防疫”等四方面提案,建议加强人工智能和机器人在重大传染病防治中的应用,包括在采样分析、诊断、治疗、服务配送体系等工作中的应用。

  在服务配送体系上,我们建议可使用无人驾驶末端配送,即利用远程遥控实现准确的无接触的药物以及医疗物品的配送。近期也欣慰地看到在抗击疫情期间,以机器人引领的科技助力取得了重要的进展,更推动了智能机器人在刚需场景方面更有价值的应用落地。例如,博为医疗机器人公司使用机器人技术,把静脉药物调配机器人开发成系列产品,把护士从有传染风险的工作环境中解放出来。

  新京报:2015年到2021年,这一阶段,人工智能的发展有什么特点?

  张建伟:在数字化和网络化之上,全球科技发达地区正在经历着智能化的浪潮,机器学习正成为时下人工智能突破的最重要工具,人工智能在虚拟世界里得到了快速发展。

  在人工智能落地机器人方面,一些应对动态环境、处理变形软物体、多模态人机协作等难题正在被重点攻关;一些人工智能的新方法,正在应用到多层机器学习、多模态感知、操作、规划等机器人高层功能; 涌现了多种新型、软结构,微纳米、足式等机器人层出不穷。面向非结构化环境的多功能机器人与结构化环境下高效单一功能自动化,正在智能物联网环境下,实现协同融合。

  我们基于多年的中德合作平台,在深入研究融合自然认知系统研究的记忆、学习、知识表达和推理、物体识别、决策、交互等进展,应用在机器人的高层知识获取和学习、自然人机交互、多源信息的实时获取与集成、日常复杂环境的快速理解、基于多传感的精细灵巧操作等领域。一个标杆项目是近年在国家自然科学基金委和德国科学基金会的组织和大力支持下,中德跨区域协同研究中心重大国际合作计划“跨模态学习的自适应、预测和交互”,作为有史以来中德合作的最大的人工智能基础研究项目,联合了中德双方人工智能、神经科学和心理学的最强团队,将为未来的强人工智能提供引擎技术。

  服务、工业、特种、医疗机器人已成为社会刚需

  新京报:在今年的大会上,服务机器人、工业机器人、特种机器人、仿生机器人等引人注目,机器人会成为社会“刚需”吗?

  张建伟:后疫情时代,为人类服务的需求场景变得前所未有的清晰和具体:用具有多模态传感智能的制造、建造及农业自动化来提质增效;医疗健康护理自动化,智能驾驶、家居、教育等等,都是人工智能和机器人在中国乃至世界的重要落地场景,也将给未来的创新创业提供更加丰富的项目题材。

  事实上,服务、工业、特种、医疗机器人已经成为社会的刚需。作为专业研究人员,我们研究人工智能,一个主要目标就是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。我们最看重的,也是机器人终归要有的实用性,例如辅助驾驶机器人、家庭服务机器人、康复机器人、救灾救险机器人等等,让他们去做人不想做或者不能做的事情,例如那些危险的、工作环境恶劣的、无聊的流水线工作。这点对当今的中国尤其重要。中国依赖廉价劳动力成本为主要竞争优势的制造业,随着人口红利的逐渐耗尽,正面临着严峻挑战,如果智能机器人可以代替大部分的人工,就可以彻底解决这个问题。

  世界机器人大会对公众开放,也能够在一定程度上帮助我们满足真正的刚需以及缩短中短期能实现的产品差异距离。大众近距离接触机器人并了解技术研发的现状,也有助于纠正他们受科幻作品影响的部分不切实际的想象,又能启发我们机器人研发人员开发出实用的新产品。四年前我们在世界机器人大会上展览双足动态行走机器人时,有老人对我们这款机器人非常感兴趣,扶着帮助行走,这就触发了我们要把这项技术转移到一个新型的足式助行机器人产品上的想法,把技术驱动的研究对接每一个刚需。

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  2017世界机器人大会上,张建伟(右二)和他们带到会场的机器人灵巧操作手臂系统合照。受访者供图

  新京报:在本届大会上,仿生机器人拥有足以以假乱真的人类外形,成为吸睛亮点。为什么要把机器人的外形做得如此逼真?会不会引发大众的恐慌情绪?

  张建伟:在美学、心理学和机器人的交叉领域,存在着一个“恐怖谷”理论,描述一种在仿真机器人外形逐渐逼近的后半部似像非像的期间,出现一种令人近似毛发竖立的现象(亲和力上凹现一个谷)。这是大众初见仿真机器人的一个典型感觉。只有跨过这个技术瓶颈、真正具备亲和力,仿真机器人才能实现表情和情绪传达能力,有望融入人类社会和家庭。

  之前谈到的刚需列表里,除非是密切的人机合作场景,我们追求的只是功能上的仿人甚至部分超过人来完成任务,无需在外形上高度模拟人类。不过,从鼓励开放创新和应用多样性的角度出发,我们可以在伦理的监管下允许小部分探索一些仿生机器人新型的衍生场景,例如聊天陪护、心理康复、橱窗展示、蜡像延申、咨询导引等方面的应用。

  关于人工智能、机器人的道德伦理标准,在当下已经成为社会各界高度关注的问题。部分文学影视以及自媒体作品里也有过数字人以及仿真机器人的概念,把人的知识、情感、学习系统等等放置于芯片里,并将芯片放置到(仿真)机器人身体里,让它(他、她)拥有人的精神世界和思维方式,即使人的肉体已经消亡,但灵魂可以继续感知这个世界。但这种设想,在伦理方面要经受严格审判,因为人工智能的应用要以人为本。

  真正实现“强人工智能”,还需很长时间

  新京报:越来越多的领域开始尝试使用机器人代替人力,随着人工智能、数字技术的持续发展,未来人与机器的边界将如何划分?

  张建伟:毋庸置疑,人与机器人不知不觉地正在进行越来越紧密地融合。人类和机电、通讯乃至人工感知等技术的融合,已经走入我们的日常生活,手机、可穿戴设备、便携助行工具等新产品随时随处可见。可以说,我们正在进入“人类2.0”的时代。Cyborg人机混合体也是机器人未来研究的一个重要领域,为此,我们还组织了IEEE CBS (Cyborg and Bionic Systems) 的最新一次会议。

  近期闭幕的残奥会,在规则上限制使用人与机器的融合技术,以保证来自经济发展不平衡的国家的运动员实现相对公平的竞争。不过在和机器人相关的前沿技术领域,已经允许甚至鼓励人机融合边界无缝扩展的专项赛事。比如在苏黎世定期举办的CYBATHLON中,我们可以看到在机器人、生物工程技术的帮助下,残疾人快速、可靠地完成某项预定任务。

  国家自然科学基金委目前资助的共融机器人重大研究项目,也是一个国际领先的前沿学科融合的优秀范例,鼓励工材、信息、控制等专业的深度集成和互动,实现人—机(器)—环(境)的三方面共融。该重大项目的比赛不仅学术水平很高,而且还具有大众观赏性,值得公众在世界机器人大会上进行关注。我们中德重大研究计划“跨模态学习”项目,在场景上也聚焦人类增强应用,让神经科学、心理学、人工智能和机器人技术在多模态的情境中实现集成和展示,协助残疾人补充失去的部分功能,帮助老年人改善生活质量,助力健康人提高学习与交流的效率。

  脑认知、决策部分与机器的融合边界,已经在辅助与自动驾驶领域形成对伦理的新问题和新挑战,在未来的Cyborg系统中也将作为一个核心问题,值得高度关注、研究和立法。

  新京报:目前人工智能技术的发展面临哪些挑战?未来机器人的发展有什么趋势?

  张建伟:机器学习虽然现在备受关注,比如在《机智过人》节目中,基于深度学习,机器模拟人唱歌,写词、作曲都达到了一定水平,但这些方法还只是属于弱人工智能。深度学习之外的基于知识的学习和泛化学习正在成为研究热点。人工智能系统不应该成为黑匣子,而未来系统必须全透明,让用户能了解每个机器决策机理和过程,使其成为帮助人类完成烦琐复杂重复工作的助手,而不是取代人类的超级机器。

  但真正实现和人脑一样的强人工智能,还需要很长时间。举个例子,在《机智过人》节目中,机器人脸识别在大多数情况下比人识别的效果要好,但是在需要知识、想象力的特殊情况下,与人脑还存在着不小差距。我很欣喜地看到科技部近期将启动科技创新“脑科学与类脑研究”,大力助推未来强人工智能的研究。

  未来机器人智能研究热点可以被归纳为以下三点:一是由结构化环境、确定条件向非结构化环境动态条件下的感知、决策、执行发展;二是强调人与机器人、机器人与机器人之间的互动和协作;三是在环境感知认知基础上,发展机器人和制造系统对人的行为、意图理解等社交能力。比如,我们希望不仅跟机器人,而且也跟各种各样的电子设备比如手机实现多模态的交流形式,使得人机交互像人跟人之间交互一样。我们也希望机器人具有经验学习能力,使人机交互的长度变得越来越短、机器人对世界的理解模型的误差越来越小,从而达到我们用最短的命令让机器人完成我们最希望的任务。

  中国公众对高新技术高度关注,这在世界上也是独一无二的

  新京报:从世界机器人大会创办开始,你一直参与其中。在历年大会举办的过程中,你有哪些难忘的经历和不同的感受?

  张建伟:每年世界各地形形色色机器人会议有数百个,定期举办的国际机器人专题学术会议也有上百个。但是世界机器人大会因为高度跨界,并连接“政产学研金用”,从而具备了鲜明的特色。

  另外,中国很多家长带着中小学生,对以机器人为标志的高新技术给予了高度热情和关注,这在世界上也是独一无二的。第四次工业革命正在来临,中国在人工智能技术应用上的发展如火如荼,在世界机器人大会,公众都争相去观赏,一票难求。我们真切见到了人工智能发展的最好时机,也感受到了政策和大环境的强力支持。

  在中国,政府对此类专业领域的会议和展览给予的高度重视和支持,也给我和受邀而来的国际同行留下了深刻印象。副总理、部长、北京市长一级的政府负责人亲自到会演讲,并和我们一起观展、探讨发展路径,让我们感到格外的振奋。

  每年,该会组织方都邀请在机器人学术和产业方面最有代表性的专家和企业家、创业者到场和政府决策者互动。三年前正值央视为我制作“世界听我说”节目,需要到会录制节目片段,我就邀请了身边几位国际来宾讲述对会议以及对我的评价,包括IEEE的主席Fukuda、斯坦福大学教授Khatib、KUKA研发主管Bischof,这些世界级的著名教授在采访中也谈到了这些共同的感受。中国近些年科技的快速发展,受益于各级政府和部委的前瞻性、高度重视以及实施魄力。

  每次参会,参展的众多创新创业的年轻人散发的活力、对未来的梦想以及为之奋斗的热情,也让我和我的国际同行们感到兴奋,备受感染。每次在会议间隙、巡展期间,好多熟悉的、不熟悉的面孔和我打招呼、讨教交流、展示技术,让我有置身于我的巨大实验室的亲切之感。