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物联网背景下智能机器人行业发展前景展望 本文简介：摘要：工业自动化进程稳步推进,机器人逐渐成为遍布各行各业的前沿产品。现阶段的智能机器人只是依据先验知识和采集数据,按照预定规则设计的仿生机器人,其生物特点不明显且欠缺沟通互动能力,与真正的人工智能相差仍较远。具有独立逻辑思维、流畅化肢体动作、完全自主学习能力的模拟生物型机器人的实现,目前仍是一项难以
物联网背景下智能机器人行业发展前景展望 本文内容：
摘要：工业自动化进程稳步推进, 机器人逐渐成为遍布各行各业的前沿产品。现阶段的智能机器人只是依据先验知识和采集数据, 按照预定规则设计的仿生机器人, 其生物特点不明显且欠缺沟通互动能力, 与真正的人工智能相差仍较远。具有独立逻辑思维、流畅化肢体动作、完全自主学习能力的模拟生物型机器人的实现, 目前仍是一项难以攻克的世界性难题。虽然技术难度较大, 但对于机器人的热情和技术研发从未停止或者减少, 反而随着电子信息行业的更新换代, 关于机器人的研究和生产规模越来越大。从机器人在未来的重要性和市场占有量方面考虑, 提倡我国应将对机器人产业的发展作为一项国家战略对待, 事关国计民生。本文首先介绍机器人发展的几个主要事件和时间节点, 体现了机器人行业的前沿性和发展的跳跃性, 从行业背景和遍布领域出发, 总结智能机器人的主要功能和研究现状, 并对其将来可能涉及的应用领域进行设想, 根据应用对象分析机器人制作的若干项关键技术。文章最后对未来的人工智能机器人可能实现的技术做出大胆的展望, 从人机交互、动作语言沟通、模拟真实生物体、自主排除故障和修复再生、功能种类多样化等方面详细展开, 探索其未来的实现方式, 并对其进行可行性分析。在不久的将来, 机器人的仿生技术和人工智能化水平一定能够完美诠释仿人机器人的概念, 体现人类智慧的伟大和奇妙。
关键词：智能机器人; 人工智能; 仿生; 物联网;
1 机器人行业背景及发展历程
电子信息行业不断发展, 众多智能化产品层出不穷, 机器人是其中最为典型的智能产品之一。在国家大力倡导和科技迅猛发展的双重要求下, 工业自动化进程正在不断深入, 机器人逐渐成为工业生产和人民日常生活的关注热点, 对机器人的应用也愈发广泛。随着物联网、人工智能等技术的不断发展, 智能机器人的应用正逐渐从最初的工业领域扩展到如今遍布国防事业、教育行业、大众娱乐、民生医疗、救助救灾等各个领域。机器人的应用优势正逐步凸显, 在人工无法完成高危环境工作或者繁重工作时, 机器人可以替代人工作业, 节省劳动力且安全可靠[1]。因此对智能机器人的先进技术和创新能力的研究, 各界机器人研发企业间竞争极为激烈。此外在教育行业, 各大高校争相开设与机器人密切相关的专业, 以达到教育与市场接轨, 由此迸发出各种关于机器人的研究课题, 在毕业设计、项目申报、学科竞赛等方面屡见不鲜。
机器人行业是一门较新的行业, 发展迅猛。1954年出现了第一台可编程机器人, 1964年第一个人工智能研究所成立, 1968年第一台智能机器人诞生, 1995年出现外科手术机器人, 1997年探险者机器人登陆火星并拍摄照片发回地球, 同年人形机器人P3问世, 2008年第一个有生物脑的机器人“米特-戈登”被研制生产, 2018年研发的仿人形机器人“阿西莫”能跑能走、上下阶梯、熟练地踢足球和开瓶倒茶倒水, 2020年3月, “李世石-谷歌Alpha Go人机大战”最终以机器战胜人类的结果告终, 同年4月, 中科大体验交互机器人“佳佳”与人类对话。短短几十年的时间, 机器人行业从无到有, 发展成为现今各行各业不可或缺的组成部分, 形式更加多样化并且技术日趋成熟。
2 机器人发展现状
机器人作为一种自动化机器, 具有自动控制的程序和一定的结构形态, 能够完成一定的动作, 具备一些与人或生物相似的智能能力, 如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力[2]。目前市面上的机器人种类繁多, 按照功能进行分类, 有节省劳动力的搬运机器人和清扫机器人[3], 进行极限作业的喷漆机器人、空间机器人、海底机器人、救援机器人, 用于医疗、福利的外科手术机器人和智能轮椅[4], 陪伴型的机器宠物如日本的机器狗、机器猫等等。遍布各行各业的机器人所具有的功能也五花八门, 涉及的关键技术也复杂多样, 以基于物联网的智能机器人为例, 研发技术涉及仿生学、神经科学、互联网等方面, 功能全面且实现方式多样化, 具有智能搜索、环境监控、数据采集处理、远程控制、路线循迹等功能, 可以通过网络技术, 利用电脑上位机或手机APP远程控制用电设备等, 也可以实现传统的智能自动跟踪、自动循迹、自动报警和自动避障, 例如导盲机器人和智能拐杖等, 让人们的生活变的更加方便快捷[5,6]。
当前很多国家都在大力发展机器人教育和机器人产业, 关于机器人的大型赛事也较多, 由此可见, 未来的机器人将使信息革命的成果发光发热, 机器人市场还将超越信息产业, 成为今后世界工业发展的趋势。目前, 智能机器人的市场需求呈现新特点, 技术进步呈现新趋势, 产品研发呈现新热潮。发达国家正以此为契机, 纷纷对智能机器人的技术发展进行战略部署和行业垄断, 在军用领域和国防领域限制他国先进产品, 以抢占产业竞争的制高点。反观我国, 传统机器人及关键部件的核心技术总体薄弱, 产业面临空心化风险;对智能机器人部署不足, 与发达国家的差距很可能被进一步拉大[7]。为此, 我国应该加紧部署智能机器人战略, 建立技术创新载体, 加大技术研发力度, 明确产品发展方向, 完善标准体系建设, 抢占机器人技术及产业发展的下一个制高点。
3 机器人行业发展前景展望
现阶段的机器人发展有以下几方面的变化, 在功能上由主要用于制造生产线逐步趋向于工程、社会服务、人类生活等各个领域, 工作环境由结构化环境下规则工作转向适应非结构环境下的各种灵活需求, 其智能程度也正由具有简单智能的工业机器人逐渐发展成为具有综合和集成能力的智能机器人。机器人的人工智能性主要体现在规划和配置、机器感知、机器学习和知识发现、分布式人工智能等方面, 涉及的技术主要包括步态研究和路径规划、机器视觉、语义识别和信息融合、分布式问题求解和多智能体行为协调等方面。智能性则要求机器人具有一定的类人化思维, 而现阶段的意识化机器人最多只具有简单的意识, 随着机器人智能化需求的提高, 未来智能机器人的发展将更加注重意识形态的复杂化。可能的几大发展趋势概括性如下:
①语言和动作形态的沟通无障碍:部分机器人的使用是面向一些特殊人群或者特定顾客群体, 所以人机交互环节要尽可能要求无障碍, 对其语言功能的完善极为重要。机器人具有强大的存储能力, 能轻松地掌握多种语言, 学习能力远高于人类。另外, 在机器人与人类对话时会遇到没有预先存储的词语或句子, 此时需要机器人根据不同的语言环境进行语言词汇的重组, 以利于人性化沟通。而对于无法准确进行语言表达的人群, 肢体语言的读取就较为重要, 这对机器人的学习能力和逻辑能力是很大的挑战。
②肢体外貌更加趋向人类:为了减少机器人与人类的差异性, 使得机器人的使用更加人性化, 未来对机器人的体貌特性的设计会更加接近于人类, 包括毛发、皮肤、肌肉、表情等方面。同时机器人的动作也会更加多样化, 在行走、跑步、跳跃、舞蹈等方面动作更加流线化[8], 不至于看起来缓慢僵硬甚至重心不稳, 未来机器人在人群中甚至可能达到以假乱真的程度。
③再生恢复能力更强大:部分机器人的制作是为了完成体力劳动, 减少生产力的投入, 而本身制作成本昂贵, 因此对机器人的使用寿命要求越高越好。但是在使用过程中不可避免的会遇到一些故障, 如元器件使用寿命限制、线路老化、机械故障等, 这些故障都会影响机器人的工作质量甚至使用寿命。为了节约成本投入, 未来的智能机器人必须考虑如何修复的问题, 强大的自行复原功能将是一个值得攻克的技术难点, 要求机器人能够随时检索自身运行状况, 及时排除和修复故障。
④功能种类更加多样化:未来机器人技术会渗透到各行各业, 因此对功能的要求会越来越多, 如护士助手帮忙做手术、田园机器人帮忙采摘农作物、园丁机器人、水下机器人完成水底勘测、军用机器人进行军事侦查等功能。在服务方面还可以设计一些服务型机器人, 就像影视人物“大白”一样, 兼具陪伴、服务、看护、保镖等功能。随着科技的进步, 未来机器人的功能将有可能实现“只有我们想不到, 没有我们做不到”的理想状态。
4 结语
如今各行各业对智能机器人的研究和应用还在不断扩展, 有些单一重复性的人力劳动已经被机器人取代, 如快递分拣、食品包装、集装箱码头集疏运等工作已经实现无人工化操作, 未来将有更多精细复杂的工作由机器人独立承担, 因此对其关键技术的研究和突破工作仍需继续深化, 且任重道远。
参考文献
[1]计时鸣, 黄希欢.工业机器人技术的发展与应用综述[J/OL].机电工程, 2018, 32 (1) :1-13.
[2]王国彪, 陈殿生, 陈科位, 张自强.仿生机器人研究现状与发展趋势[J/OL].机械工程学报, 2018, 51 (13) :27-44.
[3]刘翼.B公司智能家用机器人项目可行性分析[D].长沙:湖南大学, 2019.
[4]倪自强, 王田苗, 刘达.医疗机器人技术发展综述[J/OL].机械工程学报, 2018, 51 (13) :45-52.
[5]文潇.基于工业物联网的机器人测试系统与远程监控平台的研究[D].芜湖:安徽工程大学, 2019.
[6]吴永琢.智能物联机器人系统的研究[J].制造业自动化, 2017, 34 (7) :135-138.