第19屆RoboCup機器人世界杯賽及學(xué)術(shù)大會7月在合肥成功舉辦。這是全球大規(guī)模機器人競賽中專業(yè)性最強、水平最高的賽事。應(yīng)邀在學(xué)術(shù)大會上做主旨演講的高文院士在接受采訪時指出，我國雖然在傳統(tǒng)機器人領(lǐng)域起步較晚，“但是新型機器人不見得落后”。我國在本屆世界杯上的出色表現(xiàn)有力地支持了高文院士的這一判斷。
我國機器人事業(yè)正進入高速發(fā)展期，在此關(guān)鍵時刻舉辦機器人世界杯極大地提升了我國在本領(lǐng)域的國際影響力，同時也帶給我們一些有益的啟示。基于對機器人世界杯方方面面的觀察與思考，圍繞機器人領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，本文就兩個重點問題談一些粗淺認識：一個是關(guān)于機器人研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式的基本判斷，另一個是關(guān)于消除科研與應(yīng)用相互脫節(jié)的具體途徑。
發(fā)展模式的創(chuàng)新：創(chuàng)新與創(chuàng)意有機結(jié)合
廣義的創(chuàng)新包含多種形態(tài)，“創(chuàng)意”也是其中的一種，但與典型的科技創(chuàng)新有根本性區(qū)別。當(dāng)前的“網(wǎng)絡(luò)時代”建立在“創(chuàng)意為主的發(fā)展模式”之上——電子郵件、微信、微博和電商等服務(wù)的研發(fā)與推廣，周期短、見效快，帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益，卻不需要長期的科技攻關(guān)和根本性的技術(shù)突破。但是，更早的“計算機時代”則大為不同，是建立在大規(guī)模集成電路和計算機系統(tǒng)軟件等一系列本質(zhì)性技術(shù)突破的基礎(chǔ)之上的，屬于“創(chuàng)新為主的發(fā)展模式”。
那么，機器人時代的發(fā)展模式是什么？是延續(xù)“創(chuàng)意為主”，還是回歸“創(chuàng)新為主”，或者二者都不是？對這個問題的判斷將根本性地影響機器人時代的戰(zhàn)略抉擇。
回顧“RoboCup機器人世界杯及學(xué)術(shù)大會”的歷史，或許有助于我們找到答案。大會于1997年創(chuàng)立，參照“阿波羅登月”等國際重大科學(xué)工程，提出了一個50年的遠景目標(biāo)：到2050年前后，自主機器人足球隊?wèi)?zhàn)勝人類足球的世界冠軍隊。這個目標(biāo)的真正含義不是要讓機器人與人對抗，而是要把機器人某些方面的能力發(fā)展到與人類相近的程度，從而能夠為人類提供大范圍的服務(wù)，完成一些以往只有人才能做到的事情。大賽最初只有“機器人足球”一個系列比賽，經(jīng)過不斷發(fā)展，2008年開始穩(wěn)定為五個大項：“機器人足球”重點關(guān)注機器人硬件和底層控制—感知技術(shù)，以及多機器人系統(tǒng)的合作與對抗；2003年增設(shè)了“救援機器人”系列，以災(zāi)難情況下幸存者搜救為主要目的，重點發(fā)展機器人在惡劣復(fù)雜環(huán)境中的運動、感知和控制技術(shù)；2006年起，增加了“服務(wù)機器人”系列，并從最初的一個大項迅速發(fā)展為本屆的四個大項，分別涉及家庭等環(huán)境中的個人服務(wù)機器人和智能裝配等應(yīng)用領(lǐng)域的專用服務(wù)機器人。
本屆大賽有不少新亮點。比如，中科大聯(lián)合國內(nèi)外高校，設(shè)立了“服務(wù)機器人精確測試”比賽項目，首次在實體機器人比賽中引進自動裁判系統(tǒng)，對服務(wù)機器人的行為和性能進行精確的自動測量和評價。再比如，首次對參賽機器人的硬件成本進行了限制，成本過高的機器人不能參賽。從某種程度上說，這些新亮點代表了機器人產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的趨勢。“自動裁判”的價值遠遠超越比賽本身，對于提升服務(wù)機器人和特種機器人的科研水平，以及未來這些種類機器人產(chǎn)品的自動檢測，都具有重大意義。而限制參賽成本則有利于科研成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，也有利于改善國產(chǎn)機器人零部件的生存環(huán)境。中科大利用國產(chǎn)零部件研發(fā)的可佳低成本移動平臺獲得該項比賽第一名，從一個側(cè)面證實了在服務(wù)機器人上使用國產(chǎn)零部件的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
上述發(fā)展軌跡表明，十余年來，大家對機器人應(yīng)用的關(guān)注度持續(xù)升高，在本屆世界杯中表現(xiàn)尤為顯著，但50年的遠景目標(biāo)仍然保持不變。在大部分比賽項目中，具有廣泛應(yīng)用背景的智能機器人關(guān)鍵技術(shù)，始終是研究和測試的主體對象。
再回到最初的問題，筆者認為，機器人應(yīng)用這種長期性、全球性態(tài)勢說明機器人時代將是一種創(chuàng)新與創(chuàng)意有機結(jié)合的發(fā)展模式，既需要創(chuàng)意新的服務(wù)功能和商業(yè)模式，也需要進行根本性的科技創(chuàng)新。兩者不是簡單疊加，而是有機結(jié)合，這樣既能極大簡化復(fù)雜的應(yīng)用問題，同時以提升科技創(chuàng)新的效率和效果。
筆者得出這個判斷的根本依據(jù)是：機器人應(yīng)用所面臨的創(chuàng)新難度，很多情況下高于計算機應(yīng)用。我們知道，計算機得以普及的一個關(guān)鍵因素是“標(biāo)準(zhǔn)化”，這不僅意味著大量不同的計算機可以統(tǒng)一到一個“標(biāo)準(zhǔn)”之下，更重要的是，意味著每一臺（普通）計算機的內(nèi)部運作與其外部環(huán)境是無關(guān)的——計算機的運作不需要考慮它的用戶和環(huán)境的不同。但是一般而言，這種“環(huán)境無關(guān)性”對傳統(tǒng)工業(yè)機器人以外的其他種類機器人是不成立的。面對一些普遍性的復(fù)雜應(yīng)用，機器人必須能夠適應(yīng)大量不同的、變化的人類環(huán)境，這是一項前所未有的重大科技挑戰(zhàn)。
上述判斷意味著，與當(dāng)前和以往的任何時代相比，機器人時代將非常不同——一個更加千姿百態(tài)、更加千變?nèi)f化的時代。不僅發(fā)展空間更加廣闊，而且“洗牌”的頻率和幅度將更快更大。在更長久的時空內(nèi)，新技術(shù)成果將源源不斷地轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品和新服務(wù)，帶來源源不斷的新機遇和新挑戰(zhàn)。一次“勝者為王”將不再能一勞永逸，只有持續(xù)不斷地創(chuàng)新才能真正“立于不敗之地”。因此，局部的“短平快”和以創(chuàng)意為主的產(chǎn)品研發(fā)在一些情況下雖然仍然有效，但全局的“短平快”必將最終導(dǎo)致整體創(chuàng)新戰(zhàn)略的落空。
研用結(jié)合的突破：在真實或接近真實的應(yīng)用環(huán)境中測試
簡單地說，“基于用例的測試”就是將機器人放到真實或接近真實的環(huán)境中，讓它們完成真實世界中存在的任務(wù)，通過對其完成度的檢驗，測試參賽機器人的系統(tǒng)性能。比如服務(wù)機器人測試，就是看其在家庭環(huán)境中，是否能完成倒水等家務(wù)勞動等任務(wù)；救災(zāi)機器人測試，就是看它們在模擬的地震、爆炸、火災(zāi)等環(huán)境中，能否成功找到被困人員。
在RoboCup機器人世界杯中，各項比賽都采用這一評價方法。這些任務(wù)的完成情況，主要取決于相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)水平。回顧歷屆大賽，應(yīng)該說比賽應(yīng)用環(huán)境的設(shè)置正逐年向真實環(huán)境靠攏，任務(wù)的難度也逐年提高，越來越接近真實應(yīng)用。例如，本屆大賽中“家庭服務(wù)機器人”項目，包含大約10個標(biāo)準(zhǔn)測試，所有測試都在簡化的家庭環(huán)境，或者真實的超市、餐館中進行。測試任務(wù)包括常規(guī)的室內(nèi)服務(wù)（如端茶倒水、清理房間）和緊急情況（如失火）下的人員救助。能否完成測試任務(wù)，涉及一些前沿技術(shù)的研發(fā)。比如“緊急救助”測試，要求機器人能夠?qū)τ脩舻淖藨B(tài)和行為進行識別。這是國際機器人前沿研究中的一個新課題，目前還沒有成熟技術(shù)。
與學(xué)術(shù)論文中的傳統(tǒng)實驗評價相比，“基于用例的測試”有四個主要區(qū)別。第一，學(xué)術(shù)論文中的實驗對象通常是某一個具體的方法、算法或理論模型等，而不是整機。第二，論文使用的測試數(shù)據(jù)通常是事先收集整理的，而不是直接在真實應(yīng)用場景中由機器人自身獲得的。第三，論文中的實驗設(shè)計是由論文作者制定的，而“用例”的設(shè)計是由第三方專業(yè)機構(gòu)經(jīng)過專門研究制定的。這在RoboCup機器人世界杯各個項目的比賽中表現(xiàn)為一套詳盡的規(guī)則。第四，相對于論文評審和項目驗收等傳統(tǒng)評價方式而言，成果評價的客觀性得到了有效的提高。
歸結(jié)起來，“基于用例的測試”是依據(jù)第三方專業(yè)機構(gòu)制定的統(tǒng)一的測試準(zhǔn)則，在真實或接近真實的應(yīng)用環(huán)境中，測試真實用戶任務(wù)的完成情況，對機器人整機進行客觀的大規(guī)模對比實驗。
近年來，國家自然科學(xué)基金委組織的智能車大賽、美國國防部高級計劃局組織的無人車沙漠越野賽和機器人挑戰(zhàn)賽等，都采用這種方式作為成果評價體系，并取得了顯著效果。這種測試方法也是國外許多機器人公司的選擇。在本屆機器人世界杯產(chǎn)業(yè)峰會上，德國庫卡機器人公司研發(fā)總監(jiān)、歐洲機器人聯(lián)合會副主席比斯喬夫介紹了庫卡公司將“基于用例的測試”作為創(chuàng)新研發(fā)重要手段的做法和意義。目前全球最大的服務(wù)機器人廠商Aldebaran，是另一個“基于用例的測試”的受益者。該公司為RoboCup機器人世界杯“標(biāo)準(zhǔn)平臺組”提供硬件平臺，根據(jù)參賽隊連續(xù)多年的測試結(jié)果進行產(chǎn)品升級，大大加快了產(chǎn)品研發(fā)與推廣。
長期以來，科研與應(yīng)用之間的嚴(yán)重脫節(jié)是我國科技成果轉(zhuǎn)化的“老大難”，嚴(yán)重阻礙了國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的有效實施。在機器人研究現(xiàn)階段，在我國現(xiàn)有科研評價體系下，論文中的科研成果絕大多數(shù)與實際應(yīng)用之間存在很大距離，需要漫長的轉(zhuǎn)化過程。可是，這個關(guān)鍵過程在國內(nèi)幾乎無人問津，已成為我國科研成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化的最大瓶頸之一。
“基于用例的測試”是科研成果（包括論文和專利成果）向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的一條快車道。經(jīng)過“基于用例的測試”所獲得的成果，與論文中的成果相比，大大縮短了與實際應(yīng)用之間的距離，轉(zhuǎn)化難度和轉(zhuǎn)化所需的投入都大大降低了。筆者建議，在機器人及相關(guān)領(lǐng)域中更大范圍、更大力度地開展“基于用例的測試”，并在科研評價體系中設(shè)置相應(yīng)的評價指標(biāo)，作為論文和專利兩個傳統(tǒng)指標(biāo)的重要補充。同時，可以此為切入點，嘗試突破成果轉(zhuǎn)化瓶頸的新途徑。相信這對于落實國家機器人創(chuàng)新戰(zhàn)略，將是一種有益的探索。
（本文作者陳小平為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，第19屆RoboCup機器人世界杯及學(xué)術(shù)大會總主席）
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