生态大会”在上海举行。大会由中国机器人网和上海智能谷主办。会上,中国科学院院士褚君浩首先做了“技术的发展与探索”的报告,主要涉及三个方面:①智能时代与机器人,②部分传感器的研究进展,③ 现在人工智能(AI)大模型发展很快,通过输入一段文字,就能自动生成相应的视频。那么反过来行不行?一段视频能否变成文字,并且由语音播报出来?可能也行。这样对盲人就很有用处,盲人带上这种设备,把视频拍下来并解说出来,盲人就知道周围的情况了。 1)医疗能力爆炸。脑机接术有助于精准地调节大脑的化学物质,治疗抑郁症、焦虑症等心理疾病,甚至在更高级别上控制和优化人类的情感。 2)超感官体验大爆发,人类的感官和认知能力可以得到增强,例如可以直接从大脑接收和传递信息,提高记忆力。 5)脑机接口科学、AI for Science、AI融入物理世界。这5个方面将来有很多工作将由机器人/ 人形机器人取代。 智能化系统涉及多学科,向多领域应用、多方向延展,是科学与技术交叉推动的。例如同济大学TJArk( 同济方舟) 团队的足球机器人(注:2014-2023年蝉联RoboCup中国赛冠军)“看”得见球,因为有动态感知的五官;“大脑”能分析球从哪里过来;能采取措施处理球,所以是一种典型的智能化的人形机器人。一些聊天机器人也是如此:可以得到信息,经过分析再跟人对话。所以智能化的系统,诸如AI赋能的工业机器人、服务机器人、下棋机器人、手术机器人、ChatGPT、Sora等都属于智能机器人。 ![](http://editerupload.eepw.com.cn/202406/1717756651283234.png)
传感器有很多种,诸如光、声、电、磁、热、机械、化学传感器,将来这些传感器有望安装到人形机器人上。因为人形机器人和机器人一样,要有信息感知,此外,还有大脑分析,最后还要有控制。 现代信息传感器很丰富, 例如红外、紫外、x 光、γ射线、压力、振动、声响、电磁、化学、生物、单光子等,同时还有多频谱范围的传感技术。还要发展单细胞、单分子、单原子、单光子信息传感技术。 有了传感器以后就得到了大数据。大数据是做分析的基础。AI的三个核心要素是数据、算力、算法,可见首先要有数据。而数据是靠传感器得到的,不是文本大数据,而是传感器实时采集的数据,可见传感器至关重要。 从光学/ 红外的角度来看,要做慧眼——能够全天候拍照,非接触测温,通过光谱设备,最终希望能有孙悟空、二郎神那样的慧眼。 以电磁波家族的重要一员——红外线为例,红外传感器有两种形式:光热型,光子型。这两种形式有三大功能,图像(空间分布),热像(温度分布),谱像(光谱分布)。 1)图像。特点是可以在黑暗背景中识别图像,因此可以全天候拍照。在安检时,可以穿过,看人身上是否携带违禁物品——尽管x 光也可以做这件事,但是红外线对没影响。最近发生的俄乌战争,也用到了红外制导。 如果红外传感器放在气象卫星上,就可以白天和夜晚“看”到风云变化,使气象预报/ 台风预报很准确。例如我国的“风云4 号”气象卫星具有宽光谱探测分析系统,可在3 万6 千公里外对大气层实现高精度温度、湿度参数的垂直结构观测,相当于对大气层进行CT扫描。 2)热成像。因为对温度测得非常准确,而且是非接触式的,可以穿过烟雾,探测火焰温度分布。还可以发现夜里哪里有排污泄漏,哪里有电路短路,哪里的电子元器件失效了。 例如2019年巴黎圣母院失火,我国大疆公司制造的两架无人机进行了辅助观测,由于上面有红外相机,精准地“看”到哪里着火,从而帮助高效地把火苗灭掉。 3)谱像。光谱特征像指纹特征一样——每个人的指纹不一样,不同的材料/ 物质的光谱也是不同的,因此可以识别很多材料。 就像我们采集指纹一样,首先要做好数据库,然后就可以分析了。例如稻田的亩产可以达多少斤,通过光谱收集后,跟数据库一比对就可以预判。找矿也可以采用同样的方法,例如找铀矿,首先让无人机飞过,采集的光谱与铀矿的数据库进行对比就可以了。这种探测方法还可以用在月球和火星的勘探上——月球车和火星车上放了红外探测器,能采集光谱,就可分析星球表面的成分。 在生活中,这种“慧眼”的应用场景很多,例如“看”衣服的材质,知道衣服的棉、麻、涤纶等的比例。如果把目标对象改体,可以看到器官的结节,用于病理诊断。 机器人上也可以装上各种传感器,来获得人行动的一些信息,例如对抑郁症的诊断,通过瞳孔、脑电、表情、行为等影像来判定抑郁症的严重程度。例如北京理工大学医学技术学院的胡斌教授团队做了一种小设备“精神状态评估与干预系统设备”,如果这种小设备放在人形机器人上,可以边走边看周围的人是否患有抑郁症,如果有,严重程度如何。 现在还有气体传感设备,例如气体分子传感器可探测沙林毒气与炸药。通过荧光猝灭效应,正常时可发出荧光,但是如果有TNT,荧光就猝灭了,用这个原理可以做成TNT 报警器。有 时狗不能发现炸药,但是用“狗鼻子”产品来一照就能发现,这种“狗鼻子”可做得很小。这种嗅觉也是非常重要的。如果人形机器人能够有嗅觉,将非常有用。所以嗅觉现在也是一个研究的热点。 ![](http://editerupload.eepw.com.cn/202406/1717756859462385.png)
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环境感知就是靠传感器。所以真正的人形机器人应该能够具有人的五官的特点,能够感受图像、压力、声音等。例如机器人被人推一下,能马上站稳,说明上面有传感器。如果触碰它的手,它应该有触觉反应。 2)触觉/ 压力传感器,其中有压阻型、压电型、压容型的、摩擦电型。MEMS 压力传感阵列已成熟,柔弹性的电子皮肤正在新兴发展。 所以人形机器人中,非常重要的是要研究它的元部件及功能,每个元部件都要研究的水平很高,再集成起来功能就强大了。例如上海大学自主设计并异质集成出首款基于氧化物TFT 的64 通道肌电传感器阵列,实现了高信噪比(37.5 dB),多通道手势识别率高达97.4%,可以用在假肢上。 3)视觉传感器。可以有激光雷达、深度相机、双目视觉,研究的热点有感算一体、仿生感光、低功耗芯片,市场规模非常可观,预计国内2025 年有347 亿元,在国外有1276 亿元的市场规模。 4)惯性传感器:加速计+ 陀螺仪是测量加速度、角速度、倾斜角度的重要方法。可以进行姿态控制,是双足行走的关键部件。集成磁传感器进行定位,发展了惯导传感器。机器人中需要多个这类传感器,但产品主要被国际寡头垄断,我国头部企业在全球市场的份额不足2%。 进博会有很多机器人的应用案例,例如2022 年美敦力做的机器人辅助手术系统,波士顿科学做的植入式脑神经刺激系统,爱灵必的仿生手,还有欧姆龙第七代乒乓球教练机器人等。在AI 方面,2019 年英飞凌推出了Roboy机器人,具有听视觉和感知的神经网络系统,德国卡赫的AI智能清洁机器人,还有蔡司的数字导航手术显微镜ARTEVO 800,2021 年强生推出的数字化手术平台等很多数字化手术平台。 机器人/人形机器人的发展方向是要有一定的场景应用,把核心、基础的元器件要做好,然后进行集成。场景可以是“服务机器人+ChatGPT”的方式。例如“扫地机器人+ChatGPT”对话,也许很受欢迎,因为我国是老年社会,年纪大的人养条狗很麻烦,买个机器人,只要价格在1 万~10 万,生意可能很好。 教育机器人:家长买回来以后,小孩不用去培训班了,它跟小孩说话,帮助小孩学习,一道题做错了,知道小孩哪些知识点没掌握好。 所以产品一定要和场景结合。再例如,消防员的工作很危险,汽车制造厂的喷漆工作辛苦,希望由机器人替代。消防员机器人的“衣服”不怕火烧,眼睛是红外的,在烟雾里能知道火源在哪里,而且在烟雾里也能看见人。 人形机器人有三大支柱:感官- 识别,大脑- 分析,四肢- 行动。需要把这三大方面的元部件做好,然后把感知、分析、行动融合,集成到人形机器人里。但是不可能做成一个完人——像我们人一样,能下象棋,回到家里还能烧饭烧菜——这是完整的智能。人形机器人希望先做成部分智能,能做好一两件事。 2)智能化人形机器人,从单一智能发展到多智能。要发展场景牵引的动作与对话相结合的智能化人形机器人,例如家务机器人、教学机器人、消防员、交通警、士兵、值班员、驾驶员、操作员、乒乓球教练等。如果针对某一场景,只具有一种功能,就会带来可观的市场需求。所以机器人行业在未来的智能时代里将是非常主流的行业,会有许多商业发展的可能性。 我国非常重视机器人/ 人形机器人的发展,举办生态大会可以促进元部件/ 硬件、软件和集成的参与者交流。期望在未来几年里,通过“政产学研用”五个方面的结合,把机器人/ 人形机器人这个巨大的产业机会/市场做得非常好。 乐鱼电竞
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