人工智能机器人-浙江师范大学学姐谈智能机器人的现状与发展趋势

人工智能之智能机器人

说到人工智能，可能我们大家都不会陌生吧!那么什么是人工智能呢？人工智能现如今发展如何呢？其实，人工智能(ArtificialIntelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。其实质是让机器或者物体模拟人类，做一些本该由人来完成的事情。今天我们聊聊智能机器人。

浙江师范大学的一位学姐的论文这样认为：

（1）智能机器人的现状

我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个

独特的进行自我控制的“活物”。其实，这个自控“活物”的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。机器人技术自上个世纪中叶问世以来，经历四十多年发展已取得长足进步，成为提高产业竞争力方面极为重要的战略高技术。目前，机器人关键技术日臻成熟，应用范围迅速扩展，作为计算机、自动控制、传感器、先进制造等领域技术集成的典型代表，面临巨大产业发展机会。国内外业界专家预测，智能机器人将是21世纪高技术产业新的增长方向。2003至2006年间，全球智能服务机器人以每年40%左右的速度迅速增长。当代机器人专家现已达成了共识：作为计算机技术及现代IT综合技术的一个必然延伸，机器人技术完全可能遵循“摩尔定律”，以前所未有的速度实现突破。智能机器人将成为继家电、个人电脑之后、第三个以超常规速度走向我们日常生活的产品。智能机器人之所以叫智能机器人，这是因为它有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的是中央计算机，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。随着机器人技术的深入发展，机器人智能程度在不断提高，进一步拓宽了机器人的应用领域。机器人不但在工业领域得到了广泛的应用，而且正以惊人的速度不断向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。当机器人技术与计算机技术和人工智能科学发展相结合后，机器人成为了具有感知、思维和行动功能的机器，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术综合的成果。它可以获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务，比以往的机器人具有更大的灵活性、自主性和机动性，从而满足更为广泛的应用需求。其中，老龄化社会和残疾人、国家公共安全领域、医学和先进制造领域、教育娱乐以及经济增长和提升竞争力都对智能机器人有很大的需求。

（2）智能机器人的发展现状

目前，国内的机器人技术与发达国家相比还有一定的差距。在美国，以军

用机器人带动的机器人领先应用。到2010年为止，美国在战争机器人研究项目

上的投资将达到40亿美元。美国陆军和海军同时雇佣了道德规范领域的英国专

家，协助研制不会违反《日内瓦公约》的新型战争机器。这种机器人既能够自主

辨别何时、向谁开枪，也不是像电影《终结者》那样超道德的杀人机器。在日本，政府巨大资助带来的硬件优势。日本人喜欢研发机器人，还有其文化方面的因素。与欧美文化中对机器人的怀疑和不信任不同，日本人一直把机器人当作可信赖的朋友和帮手。在欧美的很多文学和影视作品中，机器人最后总是成为人类的反叛者和毁灭者，而在日本，机器人则是铁臂阿童木这样的可爱形象。此外，在日本传统文化中，山川草木皆有灵性，因此日本人能够接受“有生命”的机器。在日本人的计划中，机器人技术下一步发展重点是家用机器人，跟人一样的、走进人们日常生活的机器人将是机器人开发的方向。目前很多这类机器人都已经进入试用阶段。在韩国，机器人被列为新世纪优先发展的十大产业之一。韩国政府2006

年公布了一项家用机器人普及计划。按照计划，如果一切顺利，到2015年～2020

年之间，每一个韩国家庭都应该有至少一位机器人。为了实现这一目标，韩国信

息通信部已经联合了30多家公司，1000多位来自大学和研究所的科学家。在欧洲，第六及第七框架的近20亿欧元资助。根据欧盟委员会2008年6月10日发表的一份新闻公报,到2010年，欧盟对机器人研发的投资将在2007年的基础上实现翻番，即将斥资4亿欧元来支持机器人的研发活动。同时，欧盟委员会还呼吁欧盟产业界加快机器人重要零部件在欧盟的研发和生产速度，以便能有效应对来自亚洲的激烈竞争和避免对世界其他地区的战略性依赖。目前，欧盟工业机器人制造业处于全球领先地位。全球约1/3的工业机器人是由欧盟机器人制造商制造的。在未来20年中，机器人市场将会成为全球经济的重要组成部分。据国际机器人联合会的预测，2010年前，全球工业机器人市场规模将在目前40亿欧元的基础上年均增长42%。除工业机器人外的服务机器人开拓了新的应用领域，并创造了新的市场机会。国际机器人联合会预计，2008年～2010年，服务机器人市场将以年均10%～15%的速度增长。近些年，国内的科研机构和企事业在机器人的研发领域开展了大量工作。在北京，各高校和研究所已经形成区域优势。北京航空航天大学、清华大学、中科院北京自动化所、北京理工大学等单位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果。在上海，政府投入力度很大，举办中国国际机器人展览暨研讨会。复旦大学和上海交通大学等高校都做了很有特色的研究工作。在东北，沈阳自动化所、哈尔滨工业大学等研究机构在专用机器人方面具有优势。像中科院沈阳自动化所于2000年开发和研制成功六千米无缆自治水下机器人。深圳在机器人产业涉及的计算机、传感器、通讯、精密机械、光电一体化等领域具有优势，在产业发展过程中积聚了优势技术资源和创新能力，同时拥有良好的产业配套能力。作为全国高科技重镇，深圳目前在机器人产业已具备一定的技术实力和产业基础。去年以来，市科信部门已将机器人产业作为未来加快深圳市IT产业升级换代的一个重要技术和产业领域，予以强力推进。2008年10月，由市科技部门支持和中科院深圳先进技术研究院牵头，深圳市机器人产学研战略联盟正式成立，联盟目前已与深圳先进技术研究院“机器人工程中心”和机器人孵化基地联合运作。中国大陆地区首个机器人产业协会—深圳机器人协会也于2009年4月在深圳成立。

（3）智能机器人发展及展望

目前，与智能机器人有关的技术领域进展非常迅速，这为智能机器人的快

速发展提供了有力的技术支持。

(1) 传感器

●精确的位置传感器机器人的传感器从最初的超声测距到激光测距；从低分辨率摄像头到高清晰摄像机，机器人的传感器越来越精确，这为机器人精确获得自身位置提供了良好的基础。

●触觉传感器人能够在自然界活动自如，很大一部分原因是人拥有灵敏的触觉。机器人的触觉传感器担当了类似的任务，拥有了灵敏触觉传感器的机器人，动作不会像机械一样僵硬。

●语音识别人的语言是在长期交流过程中形成的，这方便了人与人之间交流。语音识别技术的发展为机器人提供了听懂人的语言，与人交流的平台。

●图像识别人对外界信息的感知80%来自于视觉，图像处理和计算机视觉的发展为机器人能够理解图像，快速处理图像信息提供了强有力的保障。

(2) 机器人硬件

●模块化

●MEMS技术应用

●物理“softness”

●功能“softness”

(3) 机器人软件

●实时获取和集成多源(视觉、听觉、触觉、距离传感、RFID、运动)

●快速理解复杂环境

●基于多传感器的快速反应软件

●可识别用户意图及喜好

●跨平台运行

●软件模块化

随着计算机技术、现代控制技术、人工智能技术、传感技术和制造技术的快速发展，机器自主认知和智能性逐渐成为机器人广泛应用的瓶颈问题。这些问题包括:

(1)稳定性差: 非结构环境中异常情况下无法正常工作；

(2)自主性差: 未知环境下不能自主规划，需要太多的人工干预；

(3)智能化程度低: 只有短期或程序化的记忆，缺乏经验积累，重复错误；

(4)服务效率低: 缺乏常识和基本推理能力；

(5)人机交互困难: 人和机器系统不能使用公共的表达。

而随着人工智能的发展，人类也开始对人工智能机器人进行了多方面的思考：智能机器人是否会代替人类？其中存在的伦理问题又该如何......我们对待人工智能技术不再仅仅是它的发展还要注意它的发展所带来的各种各样的影响。通过了上面的一篇论文的核心思想，不难看出虽然人工智能早在20世纪50年代就已经提出，但是它的发展仍然任重而道远。许多重大技术还不够成熟，重大难关还没有攻克。

针对上述缺陷以及对人类认知世界的反思，我们发现，几十年来，机器人的认知系统得到了快速的发展，但美中不足的是机器人还无法在具有理解能力的认知框架下保存和利用既往的经验。随着机器人研究的发展和深入，一旦机器人系统具有这种能力，人们在机器人领域一直孜孜以求的研究目标将迎刃而解。众所周知，存储和利用以往经验是智能生物重要的优点。以往的经验可以为人类行为提供丰富的解决方案，以便更好地分析问题、规避困难、预判事件发展人工智能机器人，以及归纳总结等。机器人学习、记忆、获取和利用经验将是下一代智能机器人的关键技术。基于对目前现状的深入理解和相关领域的发展趋势，我们提出了一种具有记忆和推理能力的机器人认知架构，该认知架构主要包含五个模块：

(1)机器人记忆模块。该模块的主要目标是发展合适的方式来表示机器人记忆中的知识。记忆表示提供不同类型的知识，它们为这些知识类型的不同和关系负责。这些表示应该能够捕捉机器人生存的世界的动态方面并且能够预测。最后，表示能够贴近真实物理世界。

(2)机器人推理与规划模块。该模块在层次任务网络(Hierarchical Task Network，HTN)格式下建立机器人规划描述，并把HTN规划嵌入到描述逻辑本体；为基于规划的机器人控制提供规划器；做出可获得的描述逻辑推理作为规划生成和再规划的辅助；发展规划失败分析和恢复的方法；从记忆导入经验到规划器。同时，规划模块还进行规划失败分析和恢复。

(3)监督学习模块。为了自适应不同的环境和任务，机器人需要对物理物体进行分类，并获取与它们相关的词汇表。该任务集中于监督分类，这里的监督本质上是从人类用户获得的词汇指导。

(4)非监督学习模块。机器人非监督学习模块的目标是：研究机器人怎样在很少或者没有监督的情况下，通过观察和探索世界来获取行动和物体的常识的技术。

(5)机器人控制模块。该模块主要功能是执行规划执行器的设计和实现，执行监控和异常处理的设计和实现。在感知和执行层次等更低等级的抽象概念水平上，基于经验的记忆机器人能够按照经验的组成要素，将经验记录成与高级概念相对应的分级结构，包括动机、目的、任务和行为。这样，经验可以详尽地解释机器人是如何实现以往的目标或者如何失败，及伴随着其行为发生的感知事件。对经验的学习和利用将大大的改进服务机器人的能力。

不过人工智能机器人，尽管机器人人工智能取得了显著的成绩，控制论专家们认为它可以具备的智能水平的极限并未达到。问题不光在于计算机的运算速度不够和感觉传感器种类少，而且在于其他方面，如缺乏编制机器人理智行为程序的设计思想。我们知道智能机器⼈是第三代机器⼈，这种机器⼈带有多种传感器,能够将多种传感器得到的信息进⾏融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的⾃适应能⼒、学习能⼒和⾃治功能。⽬前研制中的智能机器⼈智能⽔平并不⾼，只能说是智能机器⼈的初级阶段。智能机器⼈研究中当前的核⼼问题有两⽅⾯：⼀⽅⾯是，提⾼智能机器⼈的⾃主性，这是就智能机器⼈与⼈的关系⽽⾔，即希望智能机器⼈进⼀步独⽴于⼈，具有更为友善的⼈机界⾯。从长远来说，希望操作⼈员只要给出要完成的任务，⽽机器能⾃动形成完成该任务的步骤，并⾃动完成它。另⼀⽅⾯是，提⾼智能机器⼈的适应性，提⾼智能机器⼈适应环境变化的能⼒，这是就智能机器⼈与环境的关系⽽⾔，希望加强它们之间的交互关系。

即便如此智能机器人应用非常广泛。现代智能机器⼈基本能按⼈的指令完成各种⽐较复杂的⼯作，如深海探测、作战、侦察、搜集情报、抢险、服务等⼯作，模拟完成⼈类不能或不愿完成的任务，不仅能⾃主完成⼯作,⽽且能与⼈共同协作完成任务或在⼈的指导下完成任务.如在恶劣的环境下作业海上石油开发、海底勘探等，在服务行业进行简单的工作 ，应用于医学治疗等等。正如前些年我们看到的人机围棋大战，世界围棋大师终不敌阿尔法狗而败下阵来，还有世界级钢琴家演奏家郎朗指导的学生与智能机器的pk等等。这样的例子不胜枚举，也足以说明智能机器人几乎可以应用各个行业。智能机器⼈具有⼴阔的发展前景，⽬前机器⼈的研究正处于第三代智能机器⼈阶段，尽管国内外对此的研究已经取得了许多成果,但其智能化⽔平仍然不尽⼈意。今后的发展可以从面相任务、机器人网路化和人机接口这三个方面研究发展。

但是我们也不能忽视人工智能所带来的问题。因为机器人把人类视为自己进化路上的唯一障碍。又或许，机器人被植入了“保护地球”的程序，它遵命而行，只不过把人类当成了地球的最大威胁。不管什么原因，至少结果都一样——人类被消灭了，而人类也不可能知道原因了。但是，唯一知道的是，这全部由人类自己的错误造成。如果人工智能懂得进化，学习人类更多特性。机器人懂得感情，有了焦虑、后悔、沮丧、嘲讽、爱情、厌烦、猥亵、快乐等等情感，与人类又有何异，在地球上，这些机器人将居于主导地位，替代主宰人类。要么拼杀在磨难而残酷的现实世界。反叛终结人类、人工智能配上武器，后果将非常严重。今天，给机器人装上枪炮，相当于给人类提前掘了坟墓，奏了死亡之曲，直到将来有一天，机器智能觉醒。当然目前最主要的问题还是生活和工作上的智能可能会导致很多人面临失业。

2019年，联合国教科文组织启动了全球AI伦理建议书的撰写，并于2020年9月完成草案，提交193个会员国协商，预计将于2021年末发布。联合国教科文组织还于2017年联同世界科学知识与技术伦理委员会发布了《机器人伦理报告》。经合组织（OECD）也高度重视AI准则的制定，于2019年5月发布首套政府间人工智能政策指南，共42个国家签署，随后也被G20采纳。与此同时，行业组织、学术机构和企业界也提出了相关倡议。而且我国政府高度重视人工智能产业发展中的伦理问题。2017年7月，国务院在《新一代人工智能发展规划》中提出，要“制定促进人工智能发展的法律法规和伦理规范；开展人工智能行为科学和伦理等问题研究；制定人工智能产品研发设计人员的道德规范和行为守则”。2019年2月，国家新一代人工智能治理专业委员会成立，并于6月发布了《新一代人工智能治理原则——发展负责任的人工智能》。同年4月，国家人工智能标准化总体组发布了《人工智能伦理风险分析报告》，提出“人类根本利益原则”和“责任原则”。

当我们把握好人工智能的发展，合理应用好智能机器人，做到既要科学发展人工智能又要科学控制它的发展。只有这样人工智能的发展才是有意义的，未来才是期待的！