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从PC到机器人(140609)

时间:2014-06-09 15:46:12  来源:  作者:

 

从PC到机器人(140609)
闵应骅
 
   不记得从哪个报上看到,说比尔•盖茨说过,未来市场,机器人将取代PC(个人计算机),有点不信。到网上一查,果然,微软公司董事会主席比尔•盖茨在2007年消费电子展开幕式上发表演说,机器人即将重复个人电脑崛起的道路,点燃机器人普及的“导火索”,这场革命必将与个人电脑一样,彻底改变这个时代的生活方式。本月IEEE Spectrum又发长文介绍机器人。看来真有苗头。自从我买了个扫地机器人,每天工作一小时,地面干净多了,空气中的灰尘好像也少了。因为它有个真空模式,可以吸灰尘。老伴直夸这东西好。也许,机器人红火的时代要来了。
回想计算机产业,在1960-1970年代,计算机主机卖几十万美元一台,装在计算中心、公司总部、政府机构,功能强大,可以有许多人同时上机。一台很贵,但台数不多,买一台就用多少年。到了1981年,IBM推出的第一台PC机,让个人拥有一台计算机。这就把市场大大扩展了。虽然那时的价格相当于现在的4000美元,并不便宜。但一旦被用户接受,商家大量生产,价格也就开始降下来。当然这里面也有微电子和通用操作系统的技术支持。智能手机,一人一个,市场该有多大!当然这里面也有纳电子和APP的技术支持。一个东西,只要与每个人的日常生活挂起勾,市场就可以说无限大。看来机器人也在走这条路。目前机器人行业的发展与30年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人,正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的各种产品种类繁多,比如工厂生产线上的机器人、协助医生进行外科手术的机械臂、在战场上负责排除路边炸弹的侦察机器人、以及负责清扫地板的家用机器人,还有不少参照人、狗、恐龙的样子制造的机器人玩具等等。有大型的应用,但还没有进入家家户户。
   2010年UC Berkeley上传一个机器人PR2,一个洗碗机大小的机器人,有两个大手臂,脸上有6个摄像眼睛。PR2站在一大堆毛巾前面,他伸直手臂,拿起一块毛巾,折叠起来,抹平,把所有手巾如此整理好。成千上万的人看了这个视频,受到众多青睐。机器人做家务事,很多人有兴趣。但是,现在除了机器人玩具和真空吸尘器,好像没有别的机器人服务员。最近,处理器、传感器受到智能手机技术的推动,开始用于机器人,机器人模拟、控制、视觉用上了开源软件,3-D打印和激光切割使机器人样机设计建造降低了成本。这使研究者、业余爱好者、企业家大为振奋,风险投资家注意到这一趋势,亚马逊和谷歌都有大的机器人计划。
   明天的机器人将是小的、单任务的机器,例如扫地、净水、饲养宠物等,这些被称为家务用具。真正改变事物的机器人是较大、较强大的多任务机器人。它们有轮子或轨道,有的还有腿。他们有操纵手。关键是它们如何学习它们要做的事。它们不可能什么都做,它们会不断学习新的能力。它们可以增加新的附件,特别是有标准接口,允许新的第三者软件,增加其功能,就像现在智能手机上的APP一样。计算机程序是一个纯粹的软件,而机器人APP是软件和硬件的组合,譬如用户可以用3-D打印机在家里制造部件。这些APP和附件可以做许多事,譬如,机器人可以学习从电冰箱里取东西,操作微波炉,饭后擦桌子,给洗碗机加进或取出碟子,管住大门,从地上捡起玩具,清洁厕所,洗衣服等等。一个APP可以让机器人发现你柜子里的所有袜子,把它成对地放进你的抽屉,甚至要求你的3-D打印机制造一个新附件,譬如一个夹子,或者把它送到你家里。
  机器人行业现今面临的挑战,也和30年前电脑行业遇到的问题如出一辙:机器人制造公司没有统一的操作系统软件,流行的应用程序很难在五花八门的装置上运行。机器人硬件的标准化工作也未开始,在一台机器人上使用的编程代码,几乎不可能在另一台机器上发挥作用。如果想开发新的机器人,通常得从零开始。所以,现在的问题是机器人设计、制造的开放,因为一家公司全包所有部件会有困难,应该允许其他公司扩展和提高,当年PC的制造也是这样的。像手机世界的苹果iOS和谷歌的Androld,可以运行所有的APP。所以,机器人需要一个标准平台,让任何公司和个人可以添加新的APP和附件。这将使个人机器人成为继PC、互联网和智能手机之后的下一个创新技术。
   计算机和传感器技术正在跨越式前进。高分辨率相机,惯性测量装置,激光测距仪,3-D测深计,在过去5年已经深刻改变了机器人技术。但是,制动器是个大问题。电动机连接着齿轮和其他机构,给轮子和手臂以动力。但制动器笨重而昂贵,这些东西占据成本的一半。研究者正在实验用仿生的人工肌肉,线驱动的操纵器,以及软的可充气的手臂。另一个办法是用碳化纤维、塑料或其他轻材料代替金属部件。
   机器人专家要花许多时间做软件方面的重复工作,譬如控制,通讯和其他机器人的基本任务,因为机器人是高度定制化的机器,编码重用很困难。但是,没有大量不同厂家的机器装上标准部件和接口,机器人繁荣不起来。现在有些机器人软件已经在这方面做努力。PR2的软件基础是所谓机器人操作系统,ROS,监管机器人所有基本功能,譬如确认传感器和计算机之间的交互等。ROS集成一组函数库,程序员用它做模拟、3-D处理、计算机可视化等。这就使得复杂应用不必关心一些低层的详细情况,譬如怎么从传感器得到数据,以及跟踪机器人不同部件的协同。ROS是开源的,不花钱的,不是专为PR2,而是为任何带有计算机的机器人的。现在ROS已经有几千人的开发团队,运行于小到类人动物,大到工业界的机器人,由开源机器人基金会负责维修。设计者只要关心高层的功能,创建成APP,用户从机器人APP商店去下载就行,也可以存于云端的知识库。从此,机器人还可以互相学习。
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