家庭智能陪护机器人诞生记

    家庭智能陪护机器人“大智”研发团队，前排中间穿白衬衫者为周风余教授。中国青年报·中青在线记者 邢婷摄

    中青在线济南7月4日电（中国青年报·中青在线记者 邢婷）一个孕育于实验室长达十年之久的“孩子”，刚一面世，便成为全球瞩目的焦点。

    2016年6月15日-16日，由中国服务机器人产业联盟等单位发起的SR SUMMIT 2016第三届北京国际服务机器人核心技术及应用大会在北京举行。正是在这次展会上，一款名为“大智”的长相呆萌的机器人当仁不让成为全场主角。

    作为一款家庭智能陪护机器人，“大智”被嵌入基于大数据的“云脑”，具有智能化语音交互、人脸识别、自主学习及自我健康评价等技术，实现了定点、定时和定人的智能化、个性化、安全陪护功能。

    这款机器人的研发团队，由隶属于山东大学机器人研究中心的云基智能机器人实验室主任周风余教授和20余名博士、硕士组成，其中包括山东大学的老师和学生，有外单位志同道合的科研人员，以及海归人员。

    除了“物美”，“大智”将带来“价廉”的惊喜：随着技术成熟并投入市场，2016年下半年起，这款价格在一万元人民币以内的智能陪护机器人将逐渐步入普通百姓家中。
   
 
团队成员在第三届北京国际服务机器人核心技术及应用大会上，左二为周风余教授（受访者提供）
 

植入“云脑”的“大智”有何不同

    当陌生人步入家门时，“大智”能够借助人脸识别功能，清晰辨别并将照片传送到主人手机端；孩子放学回家后，“大智”会第一时间把消息传送给主人，并将接收到的主人信息通过语音叮嘱孩子；家中老人一旦摔倒，“大智”将通过老人身上携带的智能模块立刻识别，并将现场照片及时发送给主人；给孩子讲睡前故事，陪老人唠嗑……

    所有这些并非科幻电影的一幕，而是“大智”的日常工作，由此它获得了“智能小管家”的昵称。

    事实上，“大智”是一台真正意义上的智能实体机器人，系统采用嵌入式底层控制器+机载微型电脑+云脑的分布式体系架构，这也是“大智”所拥有的三个“脑”。

    “尤其是它的‘云脑’，基于云平台，可以让‘大智’机器人像我们人类一样具有随时随地学习、分享新知识和技能、语义理解的能力。做到了‘一人学会，大家都会”周风余说。

    周风余介绍，该机器人配置的嵌入式底层控制器、高精度、高鲁棒性的定位传感器、双路直流电机驱动器和电源管理模块拥有完全自主知识产权，底层控制器采用专利技术及先进的智能控制算法实现了更好的运动控制效果。

    另外，“大智”机器人还整合了业界领先的自然语音识别及语义理解、人脸识别与跟踪、物体识别、体感交互、基于视觉的室内导航定位等人性化、智能化人机交互能力。
 

                 家庭智能陪护机器人“大智”（由受访者提供）
 

“大智”的诞生并非这一优秀科研团队心血来潮的结果，而是经历了漫长的实验室研究成果的积累。

    从1996年起，周风余开始步入智能机器人研究领域，先后从事特种机器人、工业机器人研究，2007年起，转入服务机器人研究领域。2007年至今十年时间内，该团队借助两个国家“863计划”项目的技术积累，经历了由家庭服务机器人平台、医院住院病房巡视机器人和养老院老年人陪护机器人向现在的基于云平台的家庭智能陪护机器人转变的研发过程。

    十年间，无论科研环境还是现实需求，服务机器人的发展开始步入高歌猛进的时代。

    “需求是促进服务机器人发展的原动力”周风余介绍，我国4-2-1的家庭模式持续了几十年，老幼人口合计4.8 亿人，占比居高不下，9千万人的残障人士规模甚至超过德国总人口数，急需陪护机器人、康复机器人；繁忙的生活节奏和对生活质量的追求急需家务机器人。

    目前，清洁机器人和无人机已经率先产业化，并取得巨大成功，由此带来的示范带动效应明显。

    此外，技术支撑越来越强：服务机器人的环境感知与传感技术日新月异，听觉、视觉、触觉等长足发展；大数据、云计算使机器人有望实现“物美价廉”，降低成本的同时，反而大幅度提高机器人的智能；新的生物材料使得服务机器人将具有类似人的皮肤，实现与人类亲密互动，促进购买需求。

    在周风余看来，“上述技术使得机器人越来越智能，越来越实用，智能化程度一旦迈过可承受的拐点，用户就愿意支付超额溢价”。

    最新数据显示，未来实现个人机器人（PR）之后，服务机器人的全球市场容量超30亿台，可诞生一个几千亿甚至上万亿美元的全球机器人市场。目前，全球服务机器人市场总额正以20%至30%的速度增长，2017年将达到500亿-700亿美元，有望超过工业机器人，其中主流产品是家庭服务机器人。
   
团队成员在展示家庭智能陪护机器人“大智”和相关手机APP软件（中国青年报·中青在线记者 邢婷摄）

                  无时无刻不在创新：一个年轻团队的力量

    让周风余引以为荣的，不仅仅是“大智”的诞生，还包括缔造奇迹的年轻团队，“他们充分诠释了对机器人事业的热爱”。

    团队成员中年龄最小的仅21岁，平均年龄32岁，骨干成员均具有10年以上的机器人研究开发经历。由于机器人是典型的多学科交叉的高科技产品，需要多个专业的技术人才协同研发，技术门槛非常高。

    具体到“大智”的诞生，团队成员各司其职，密切合作，有做机械设计的，有做自动控制，还有专注计算机编程、通讯、材料、人工智能等诸多领域。

    从2012年加入团队至今，团队软件总负责人、实验室老师田天经历了“大智”研发全过程，他并不讳言这一过程之“痛苦”：“由于是全新的尝试，我们没有成熟框架可供参考，无法‘拿来主义’，可以说每一个点都是创新，都是挑战。”

    研发过程中，需要克服的技术难关之多，对这个团队而言已是家常便饭。田天回忆，最初“大智”进行语音交流时，十句话甚至识别不出一句，问题究竟出在哪儿？团队成员花了两个月时间最终发现是电源受到干扰所致。

    即便是“大智”即将投入市场之际，田天仍在为编写更便捷的嵌入式软件绞尽脑汁，“已经重写了5遍，还是不满意，正准备写第6遍”。

    “团队的氛围非常好，大家志趣相投，自觉性主动性强，对机器人事业充满了热爱，每天都奋斗到深夜，没有周末，没有节假日，并且是无怨无悔。”周风余感慨。

    加班对于这群“科学狂人”来说已不再新鲜，教学楼每晚十一点准时关门，最晚走出教学楼的往往是这个团队的成员。为攻克难关，这些年轻人甚至通宵达旦，就在7月4日接受中国青年报·中青在线记者采访的头一晚，整个团队在实验室彻夜未眠，工作到天亮。

    “这是我非常感兴趣的事业，因为它有足够的挑战性”田天兴奋地说。

    “当看到自己敲出的一行行代码操控机器人时，会非常有成就感”加入团队一年多的栗梦媛说，团队中她则负责手机APP软件的研发。

    这一实验室信奉的口号令人印象深刻：“一个人干不过一个团队，一个团队干不过一个系统，一个系统干不过一个趋势。团队+系统+趋势=成功。”

    目前，该研究团队已在机器人功能模块设计与制造技术、物品搜寻与抓取、运动目标检测、识别与跟踪、人的行为识别与理解技术、机器人低成本实用化导航定位技术、基于学习的智能控制技术、智能化、人性化人机交互技术等方面取得了一系列重要的理论与技术成果，并得到充分的实践检验，部分技术处于国际领先水平。

    此外，他们还在国内率先进行了基于云的服务机器人健康评价与故障预测以及云服务机器人自主学习与心智发育等方面的研究，已取得初步成果。
  

   团队成员在和家庭智能陪护机器人“大智”交流（中国青年报·中青在线记者 邢婷摄）
           好的机器人产品应该让百姓用得起、用得好、用得住

    与高精尖的科研项目不同，周风余团队从研发“大智”之日起，便秉承这样的理念：“好的机器人产品应该让百姓用得起、用得好、用得住。”在周风余看来，如此鲜明的产品化要求远比科研项目的要求更高。

    他举例，譬如为了降低成本，只能用较低端的传感器，这就决定了研发人员在算法、编程上必须得做更多工作加以弥补，才能最终实现满意效果。

    周风余介绍，在服务机器人领域，全球处于同一起跑线，国内外差距很小，并且不存在行业垄断，这给服务机器人产业提供了一个百家争鸣、百花齐放的机遇。因此，各个国家都不会甘心在服务机器人上落后，这也决定了我国对服务机器人扶持力度将会不断加大。

    然而，目前，国内服务机器人的发展仍面临众多障碍：

    譬如，核心技术障碍，服务机器人核心技术模块是人工智能，其核心技术包括语音语义技术、环境识别与理解、人脸识别、人的行为识别与理解和自主学习等；产业链整合过程中技术标准的障碍，目前服务机器人还在产业化初期，服务机器人类型繁多，兼容性差，仍未形成服务机器人的市场标准；此外，缺乏对工业设计和产品智能化的重视，等等。

    “同质化、低端化、玩具化、恶性竞争的结果有可能把机器人行业推向血腥的‘红海’。”周风余对此不无担忧。

    目前，该项目已成功落地并注册公司，2016年下半年起投入生产，前期将生产少量产品并有选择进入一些家庭进行测试，经几个月测试阶段成功后，再逐步进入更多普通家庭。下一步，“大智”将在现有功能基础上增加跟踪功能、可多次人机交互的菜单功能等。

    “普通百姓可能对服务机器人的预期太高，认为它是万能的，这是当前公众理解的一个误区，事实上，这一领域发展还需要很长的路去走”周风余坦言。

    尽管如此，他表示，自己仍对这一领域的发展非常乐观。周风余将服务机器人领域比作“蓝海”，他同时用“使命感”解释自己选择进入这一领域的原因，“高校科研成果的转化率普遍较低的现状下，我们可以借助这一成果更好地反哺社会，服务社会”。