機(jī)器人的概念可以追溯至1920年捷克作家卡雷爾 恰佩克的科幻作品《羅素姆萬能機(jī)器人》。但經(jīng)過100年的發(fā)展，大多數(shù)機(jī)器人仍然是面向工業(yè)應(yīng)用。它們揮舞著幾根機(jī)械臂、裝備著輪式或履帶式底盤，在自動化上產(chǎn)線上完成各種各樣的任務(wù)。

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（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

這些機(jī)器人都離日常生活太過遙遠(yuǎn)，基本與我們沒有交集。大家心目中的機(jī)器人可能更傾向于科幻作品中那樣，如電影《星球大戰(zhàn)》中的機(jī)器人C-3PO，以及電影《電腦娃娃》和《人工智能》里那些更接近人形、能陪伴我們的家庭機(jī)器人。看過這些科幻作品后，孩子們的第一個沖動就是用萌萌的眼神期待父母能立即給自己買一個這樣的機(jī)器人。

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目前人類的科技發(fā)展水平，制造出形狀和真人一樣的機(jī)器人并不難，甚至皮膚都可以做的和人一樣，如日本在幾年前就推出了“仿真機(jī)器人”，似乎買個機(jī)器人回家為人們照看孩子、洗衣做飯、看家護(hù)院的愿望馬上就能實現(xiàn)了。但事實上，常見的只有像扁餅干盒一樣的“掃地機(jī)器人”吸塵器，遠(yuǎn)達(dá)不到我們夢想中的“機(jī)器人”。

造成這種理想和現(xiàn)實差距的關(guān)鍵是我們期待的機(jī)器人要像“人”而不是“機(jī)器”。盡管機(jī)械手、機(jī)械足都基本接近人類的功能，但它們組合在一起仍然只是“機(jī)器”，距離“人”的標(biāo)準(zhǔn)還差得很遠(yuǎn)。相比于機(jī)器，人的特點就是要“聰明”。機(jī)器人至少要能具備這個功能后，我們才會把機(jī)器人（而不是遙控玩具）買回家給孩子們。

何謂“聰明”的機(jī)器人？就猶如我們夸孩子一樣“真聰明、做什么事只教一遍就會了”。但現(xiàn)在的機(jī)器人仍只能按照程序不停地循環(huán)執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的工作任務(wù)，還不具備像人類一樣強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，無法有效應(yīng)對每個家庭特有的需求。

目前計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平，要求機(jī)器人立即能事事都“聰明”是不現(xiàn)實的。盡管近幾年出現(xiàn)了諸如深度學(xué)習(xí)等優(yōu)秀的軟件算法，但服務(wù)機(jī)器人的各種功能都是預(yù)先編好的程序，難以應(yīng)付千家萬戶的各種特殊情況和需求。要想帶個機(jī)器人回家為用戶服務(wù)，還需要廣大科技工作者充分發(fā)揮主觀能動性，盡可能的利用現(xiàn)有條件做出能夠讓用戶盡量滿意的家庭機(jī)器人。

認(rèn)路功能讓機(jī)器人聰明

針對家庭服務(wù)機(jī)器人，尤其是陪伴孩子的機(jī)器人，至少要能在兩方面變得“聰明”才會被用戶們認(rèn)可：穿梭于各個房間時自己會認(rèn)路、觀察主人的情感提供貼心服務(wù)。這是對家庭機(jī)器人的最基本要求。

首先，機(jī)器人為了完成主人下達(dá)的各種任務(wù)，例如端茶倒水、搬運(yùn)東西、打掃衛(wèi)生，要在客廳、臥室、廚房之間往復(fù)運(yùn)動，自己不會認(rèn)路可不行。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

機(jī)器人會認(rèn)路的關(guān)鍵是要時刻知道“自己的位置在哪”。在戶外，通過北斗等全球衛(wèi)星定位技術(shù)，機(jī)器人可實時自主定位。但在室內(nèi)，衛(wèi)星自主定位會失靈，因為屋頂遮擋住了天上衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航信號。而作為家庭機(jī)器人、它們大多數(shù)工作時間都是要在家中，因此科研工作者必須要為機(jī)器人設(shè)計一種新的室內(nèi)自主定位方法。最直接的辦法就是仿照人眼視覺的原理，研制機(jī)器人視覺自主定位技術(shù)，讓機(jī)器人具備像人眼一樣的電子眼睛，主人領(lǐng)著機(jī)器人在房子的各個房間和走廊轉(zhuǎn)一圈，機(jī)器人下次再來就應(yīng)該知道自己到哪了。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，除了機(jī)器人視覺系統(tǒng)要配備高清攝像頭，還需要功能強(qiáng)大的視覺處理算法軟件。但目前在算法方面還無法達(dá)到該要求，存在一個科研人員稱作“機(jī)器人被綁架”的問題：如同人被蒙住雙眼被綁架到一個新地方不認(rèn)識路一樣，如果意外碰了或踢了機(jī)器人一下，導(dǎo)致它意外滑動一些距離，機(jī)器人之前看到的場景消失，被快速切換為其它景物，此時機(jī)器人就無法重新自主定位、不知自己在哪里了，隨之而來的就是迷路了。造成該問題的原因是目前機(jī)器人視覺系統(tǒng)的分析能力不足，只能依賴增量式地圖導(dǎo)航。所謂增量式地圖，即機(jī)器人通過計算看到的同一景物在當(dāng)前時刻和前一時刻之間發(fā)生的位移和移動方向推算機(jī)器人的運(yùn)動量，并將各個時刻觀察到的位移持續(xù)累加解算自己的運(yùn)動軌跡。這種導(dǎo)航技術(shù)缺點非常多、很容易被干擾。

針對該問題，空天信息創(chuàng)新研究院科研人員正在研制一種基于圖像內(nèi)容的全局地圖定位技術(shù)。應(yīng)用這種技術(shù)，機(jī)器人只需被主人領(lǐng)著在各個屋子中走一圈，為每個屋子和走廊拍攝一組照片構(gòu)成地圖，隨后即可自主定位，通過將當(dāng)前視場中看到的景物與地圖照片中的景物匹配，即可得知自己在哪，就像人眼自主判斷自己的位置一樣，并能根據(jù)實時定位的結(jié)果準(zhǔn)確解算出自己的運(yùn)動軌跡，實驗結(jié)果如下圖所示。

情感識別讓機(jī)器人貼心

“情感”是人們對機(jī)器“人”的另一個重要需求。何謂“人”？即要有七情六欲，即使機(jī)器人不能做出七情六欲一樣的豐富表情，但至少要能觀察出自己主人的情感。根據(jù)主人情緒的變化及時提供相應(yīng)的服務(wù)，這是最基本的要求。要是主人悲傷時機(jī)器人在一旁還用生硬語調(diào)與主人對話，這樣冷冰冰的機(jī)器人是不會受到歡迎的。

對于“情感”這一目標(biāo)，機(jī)器人首先要依靠視覺系統(tǒng)觀察出主人的情緒，然后才能察言觀色地為主人提供最適合的服務(wù)。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

盡管目前有眾多的視覺情緒識別軟件和手機(jī)App提供給大家使用，只要用手機(jī)端正著拍下自己的臉、手機(jī)就會立即顯示人的情緒，但能具有情緒識別功能的機(jī)器人卻鮮有出現(xiàn)。究其原因，主要是因為機(jī)器人多數(shù)時間只能看到非配合的側(cè)臉，機(jī)器人不可能要求主人一直正面對著自己、也不能一直位于主人的正面盯著，否則就會對主人日常生活造成嚴(yán)重干擾。所以機(jī)器人一般只能位于主人的側(cè)面，對側(cè)臉“察言觀色”。而現(xiàn)有技術(shù)大多只能解決正臉情緒識別，當(dāng)面對的是側(cè)臉時，非配合的人臉在自然狀態(tài)下姿態(tài)多變，任意方位的人臉都可能被視覺傳感器拍攝到，這些側(cè)臉在成像時會包含很多變形。五官和臉皮的情緒特征會被弱化甚至消失，情緒識別的準(zhǔn)確度被嚴(yán)重干擾。因此，如果不能解決對任意姿態(tài)人臉、尤其是側(cè)臉的情緒識別，機(jī)器人是難以被廣大用戶接受的。

針對該問題，科研人員正在研制一種能夠識別任意姿態(tài)人臉的情緒識別技術(shù)。該技術(shù)的核心是將任意姿態(tài)的人臉重建為正臉、消除非配合人臉造成的干擾，以重建的正臉為基礎(chǔ)可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的情緒識別，實驗結(jié)果如下圖所示。

機(jī)器人自主導(dǎo)航和識別人情緒這兩項工作已經(jīng)獲得了比較好的實驗結(jié)果。現(xiàn)在的主要科研任務(wù)是提升核心算法的穩(wěn)定性，最終目標(biāo)是在任意復(fù)雜的家庭環(huán)境中都能讓機(jī)器人實施準(zhǔn)確的導(dǎo)航定位、對任意姿態(tài)面部姿態(tài)的家庭成員都實施準(zhǔn)確的情緒識別。

幾十年前，兒童時代的我們看著科幻電影、科幻小說描述“明天的未來世界”時，總會期盼著“到時候我就能有一個這樣的機(jī)器人了”。經(jīng)過科研工作者們幾十年的努力，“明天”即將成為“今天”，兒時夢想的“聰明”機(jī)器人即將實現(xiàn)，它們可以時刻溫馨體貼地陪護(hù)我們的孩子們，如同守護(hù)天使一樣！

新聞標(biāo)題：聰明的家庭機(jī)器人
網(wǎng)站網(wǎng)址：http://chinadenli.net/article26/cjiccg.html

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