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| 本文作者： 黃善清 | 2019-05-26 16:00 |
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論按：作為國(guó)內(nèi)機(jī)器人界領(lǐng)軍人物之一，王田苗教授不但深度參與了國(guó)內(nèi)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也在醫(yī)用機(jī)器人、仿生機(jī)器魚與嵌入式控制技術(shù)等方面取得了突出成績(jī)。為了深入了解王田苗教授的科研歷程，并借此回顧 80、90 年代的國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論在近日對(duì)王田苗教授進(jìn)行了專訪，以下為訪談實(shí)錄。
王田苗（圖左），北京航空航天大學(xué)教授、博導(dǎo)，北航機(jī)器人研究所名譽(yù)所長(zhǎng)，國(guó)家長(zhǎng)江學(xué)者，國(guó)家杰出基金獲得者，IEEE 機(jī)器人與自動(dòng)化中國(guó)北京大區(qū)主席，「十二五」服務(wù)機(jī)器人重點(diǎn)專項(xiàng)專家組組長(zhǎng)、863 計(jì)劃先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)＜医M組長(zhǎng)，主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)機(jī)器人技術(shù)，在醫(yī)用機(jī)器人、仿生機(jī)器魚與嵌入式控制技術(shù)等方面取得過(guò)突出成績(jī)。
個(gè)人學(xué)術(shù)經(jīng)歷
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：據(jù)了解，您最開始并非從事機(jī)器人研究？
王田苗：我的本科學(xué)校是西安交通大學(xué)，念的計(jì)算機(jī)專業(yè)，然后到了西北工業(yè)大學(xué)做工業(yè)電子的模式識(shí)別研究。我在西工大的導(dǎo)師是馬遠(yuǎn)良院士，記得在 1987 年那會(huì)，他指導(dǎo)我從事水下電子對(duì)抗信號(hào)檢測(cè)的專家系統(tǒng)研究，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即是模擬水下信號(hào)，通過(guò)水下聲納來(lái)判斷對(duì)面或者是水面的物體屬性。那個(gè)時(shí)期比較熱的兩個(gè)關(guān)鍵方向，一個(gè)是專家系統(tǒng)與推理，一個(gè)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：您是在什么機(jī)緣下接觸機(jī)器人研究的？
王田苗：由于我主攻的模式識(shí)別與電子工程，后來(lái)有幸到了清華大學(xué)從事博士后研究，被張鈸院士納入到一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)的國(guó)家重大項(xiàng)目組里，也就是今天我們經(jīng)常討論的無(wú)人駕駛技術(shù)。那次是我第一次在實(shí)際中真正對(duì)機(jī)器人有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。早期做人工智能模式識(shí)別，其根本還是一個(gè)個(gè)分析決策性軟件，不像機(jī)器人是個(gè)綜合性產(chǎn)物。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：能否介紹項(xiàng)目的具體研究情況？
王田苗：我們做的移動(dòng)機(jī)器人大概有兩張桌子這么大，底盤是三輪結(jié)構(gòu)，兩個(gè)輪子的快慢不同直接決定了機(jī)器人的行走方向。我們給車上周邊安裝了超聲傳感器，然后機(jī)器人前方安上視覺傳感器或是激光傳感器。研究的主要任務(wù)是規(guī)劃?rùn)C(jī)器人去完成這么一項(xiàng)任務(wù)：從清華大學(xué)的西門出發(fā)，經(jīng)過(guò)主樓，再走向南門。
在從事這方面研究過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，一旦機(jī)器人在原先規(guī)劃的路徑上遇到障礙，比如行人、自行車，它就只能停下，再重新進(jìn)行規(guī)劃，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)速度與內(nèi)存有限，重新規(guī)劃一次往往需要 5-10 分鐘。當(dāng)時(shí)張鈸老師跟我說(shuō)，有沒(méi)有可能任務(wù)規(guī)劃的上層使用符號(hào)表示與推理規(guī)劃，然后車體控制底下基于感知行為來(lái)進(jìn)行控制，即是所謂的 sensor based control，因?yàn)槿艘簿邆錀l件反射行為控制，不一定先把所有感知到的信息抽象至符號(hào)層面進(jìn)行理解，然后才做行為決定。換句話說(shuō)，一旦前面出現(xiàn)一個(gè)物體，我可能會(huì)下意識(shí)地躲一下，而不一定先識(shí)別這是人類還是自行車，男的女的。受到這個(gè)啟發(fā)，我研究出了一個(gè)底層的 sensor based control 算法，這件事情大大提高了移動(dòng)機(jī)器人避障的實(shí)時(shí)性、靈活性與可靠性。1991 年，我因?yàn)檫@項(xiàng)工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金的支持。
后來(lái)我們?cè)谇迦A的主樓旁、也就是原來(lái)老計(jì)算機(jī)系的位置擺了一個(gè)迷宮，讓機(jī)器人在迷宮里完成任務(wù)，當(dāng)中涉及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的技能包括機(jī)器人的任務(wù)規(guī)劃、視覺識(shí)別以及底層 sensor based control 算法。我記得當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)驗(yàn)收的專家在驗(yàn)收過(guò)程中有意擋在機(jī)器人前方，機(jī)器人隨之停止，然后嘗試往左拐，一旦發(fā)現(xiàn)左拐不成功，就會(huì)右拐，還不成功又會(huì)再次停止，直到專家離開后才再次啟動(dòng)行走，系列操作全憑超聲、視覺傳感器信號(hào)的感知條件反射。我作為張鈸老師領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)重大項(xiàng)目主要參與者之一，最終還獲得了當(dāng)時(shí)國(guó)家電子信息工業(yè)部科技成果一等獎(jiǎng)。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：后來(lái)為何轉(zhuǎn)向醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域？
王田苗：1993 年，我去歐洲意大利博洛尼亞著名骨科醫(yī)院，參加了歐共體的醫(yī)療機(jī)器人重大項(xiàng)目，主要從事醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、手術(shù)規(guī)劃、切割工具等，專注于人工膝關(guān)節(jié)置換這一塊。當(dāng)時(shí)這個(gè)領(lǐng)域主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是要選擇什么樣的假體最合適？過(guò)去都是全憑經(jīng)驗(yàn)；一個(gè)是做手術(shù)切割時(shí)，五面體的精度不好把握，一旦置換過(guò)程出現(xiàn)疏漏，就可能對(duì)人的行走平穩(wěn)性造成影響。
我當(dāng)時(shí)所在的是意大利最出名的 Rizzoli 骨科醫(yī)院，歐洲的許多足球員踢球摔傷了，都是直接乘坐直升飛機(jī)到醫(yī)院動(dòng)手術(shù)。我們的工作無(wú)非想要解決這么幾件事情：第一、保持精準(zhǔn)，把誤差從過(guò)去的一毫米、二毫米降至 0.5 毫米；第二、微創(chuàng)；第三、能在手術(shù)前通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行虛擬手術(shù)，然后讓醫(yī)生評(píng)價(jià)手術(shù)方案。總的來(lái)說(shuō)，我是在 93 年到 95 年期間開始切入到醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域。
我從歐洲回來(lái)后，北航的張啟先院士鼓勵(lì)我繼續(xù)從事醫(yī)療機(jī)器人研究。當(dāng)時(shí)中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人才剛起步，人們普遍認(rèn)為醫(yī)療機(jī)器人離我們還很遙遠(yuǎn)，因?yàn)檫@涉及到醫(yī)療安全、資金支持、團(tuán)隊(duì)組建等一系列問(wèn)題。但是張啟先院士鼓勵(lì)我，既然要做前沿科學(xué)學(xué)術(shù)研究，就要做跟別人不一樣的，后來(lái)這一做就是做了 20 年，涉及醫(yī)療機(jī)器人輔助的骨科、腦科等方面。
目前，我們?cè)诤＼娍傖t(yī)院、北京積水潭醫(yī)院、天壇醫(yī)院、301 醫(yī)院 等已經(jīng)累積了上萬(wàn)的應(yīng)用成功案例，而且獲得了國(guó)家頒發(fā)的「三類」許可證，從法律上證明我們的醫(yī)療機(jī)器人是有效、安全的。目前國(guó)內(nèi)的醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，我們是第一家、也是目前中國(guó)唯一獲得相關(guān)許可證的。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：醫(yī)療機(jī)器人的核心技術(shù)有哪些？
王田苗：首先是醫(yī)療機(jī)器人結(jié)構(gòu)，不同的醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，考慮到不同手術(shù)空間，可能需要不同的醫(yī)療機(jī)器人結(jié)構(gòu)或自由度。其次是 CT/MR 醫(yī)療影像空間與手術(shù)室操作空間的映射識(shí)別算法，因?yàn)檫@將影響機(jī)器人定位操作的位置精準(zhǔn)度問(wèn)題，比如腦外科需要穿刺診斷出來(lái)的腫瘤，有賴于我們對(duì)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位。第三是三維手術(shù)規(guī)劃，也就是穿刺的軌跡。還有安全監(jiān)控算法，一旦發(fā)現(xiàn)病人移動(dòng)或者有較大誤差，需要重新標(biāo)定等。
國(guó)際 & 國(guó)內(nèi)的機(jī)器人研究
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：可以向我們科普國(guó)際上的機(jī)器人研究歷程嗎？
王田苗：1945 年前后，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，當(dāng)時(shí)陸陸續(xù)續(xù)派生出許多顛覆性的技術(shù)。機(jī)器人就是在那個(gè)時(shí)代被提出來(lái)的，一直到 1954 年才真正擁有了 PUMA 機(jī)器人原型及專利，也是在那段時(shí)間里，MIT、CMU、愛丁堡、日本等大學(xué)也都開展了相關(guān)人工智能與機(jī)器人研究。。美國(guó)人當(dāng)時(shí)對(duì)機(jī)器人抱有極大希望，然而卻因?yàn)橄胂髮?shí)在太超前，在將近十年時(shí)間的努力后，由于發(fā)現(xiàn)機(jī)器人遠(yuǎn)沒(méi)有人們想象中的靈活、實(shí)用、安全被迫擱淺，進(jìn)入低潮。
1969 年前后，機(jī)器人技術(shù)轉(zhuǎn)移到日本產(chǎn)業(yè)界，當(dāng)時(shí)日本的汽車、摩托、家電產(chǎn)業(yè)在蓬勃發(fā)展，因而是日本成功地推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人在 70 年代末的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，前后包括 KUKA、ABB 等，工業(yè)機(jī)器人四大家族基本上都是在這個(gè)時(shí)期發(fā)展起來(lái)。
1980 年前后，以日本和美國(guó)為代表的研究開始倡導(dǎo)讓機(jī)器人不僅應(yīng)用在工廠，還希望應(yīng)用于社會(huì)特殊環(huán)境，由此派生出極限作業(yè)機(jī)器人，有的進(jìn)入軍事領(lǐng)域，有的參與探月行動(dòng)，有的則與移動(dòng)機(jī)器人緊密進(jìn)行結(jié)合。
80 年代末，則在美國(guó)、日本、歐洲等出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人，當(dāng)中包括了家用、工業(yè)、服務(wù)、協(xié)作、空間、水下、模塊、虛擬等。
到了這個(gè)時(shí)代，機(jī)器人的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)一步提升在工業(yè)上的使用效率，比如高精度、重負(fù)載、高速、高可靠性等等。然后為了更快進(jìn)入到人們的生活當(dāng)中，又出現(xiàn)了家用掃地機(jī)器人、教育娛樂(lè)機(jī)器人與協(xié)作機(jī)器人。在實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的過(guò)程中，人們希望能夠創(chuàng)造出像人一樣的仿生結(jié)構(gòu)機(jī)器人，于是陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)比如日本早稻田大學(xué)、本田公司、MIT、美國(guó)波士頓動(dòng)力等。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：中國(guó)的機(jī)器人研究歷程呢？
王田苗：中國(guó)機(jī)器人的第一個(gè)發(fā)展階段大概是在 1975 年前后，即是在 70 年代末到 80 年代中期的時(shí)候，我們正式引進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用。當(dāng)時(shí)像一汽、二汽為代表的汽車產(chǎn)業(yè)是當(dāng)中的排頭兵，隨之國(guó)家很快就確立了工業(yè)機(jī)器人的重點(diǎn)項(xiàng)目，比如像焊接機(jī)器人、噴涂機(jī)器人等。我認(rèn)為那個(gè)階段最突出的貢獻(xiàn)，不僅推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用示范，更重要地是做出了原型系統(tǒng)以及產(chǎn)業(yè)化樣機(jī)，然而在推動(dòng)的過(guò)程中卻面臨兩個(gè)阻礙：一個(gè)是當(dāng)時(shí)市場(chǎng)的剛性需求不足，最主要的原因是機(jī)器人造價(jià)太貴，一臺(tái)機(jī)器人要價(jià) 50-60 萬(wàn)，而當(dāng)時(shí)一個(gè)人的月工資平均是五、六百，一年下來(lái)也就是 6000、7000，兩者有很大的差距；一個(gè)是機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈條尚未完善，涉及材料、核心部件、機(jī)器加工、電腦控制、傳感器集成等還不成熟。
眾所周知，1986 年 3 月，科學(xué)家們瞄準(zhǔn)了但是高科技發(fā)展，那個(gè)階段出現(xiàn)了機(jī)器人的一個(gè)分水嶺，當(dāng)時(shí)一共確定了幾大型號(hào)，包括工業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、水下機(jī)器人等，由此推動(dòng)了整個(gè)機(jī)器人研究的發(fā)展，以沈陽(yáng)自動(dòng)化所、哈工大機(jī)器人研究所、北航、上海交大、西安交大、合肥智能所等機(jī)構(gòu)為代表。我們就是在那個(gè)時(shí)候開始正式接觸機(jī)器人，并承擔(dān)了相應(yīng)的項(xiàng)目。這個(gè)時(shí)期推動(dòng)力度較大的是工業(yè)機(jī)器人與特種機(jī)器人，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展相對(duì)來(lái)說(shuō)還比較滯后。實(shí)事求是來(lái)講，我覺得有兩方面的原因，一方面是研究機(jī)器人的成本很高，而市場(chǎng)的剛性需求卻又不那么明顯；另一方主要是技術(shù)上存在差距，包括應(yīng)用工藝研究、本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減速器、傳感器、控制系統(tǒng)等等。
到了 2000 年，由于時(shí)機(jī)開始成熟，開始出現(xiàn)一大批產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化公司，比如新松、博實(shí)等。
2010 年前后，我們的服務(wù)機(jī)器人開始崛起，主要從公共服務(wù)領(lǐng)域開始，比如無(wú)人機(jī)、室外移動(dòng)機(jī)器人或稱為無(wú)人駕駛、娛樂(lè)教育機(jī)器人、家庭自動(dòng)吸塵器、兩輪平衡車、醫(yī)療機(jī)器人等。
現(xiàn)在的中國(guó)機(jī)器人我認(rèn)為基本上可以分成這三條線：
一條是產(chǎn)業(yè)的線，就是中國(guó)在中低端機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化方面在全球已經(jīng)占有一席之地，當(dāng)然，這主要是以低價(jià)格、多少犧牲點(diǎn)服務(wù)質(zhì)量殺入。
一條是服務(wù)機(jī)器人的線，這個(gè)上面已經(jīng)論及。
一條是技術(shù)的線，以仿生為代表，包括放生結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)與軟體剛?cè)狁詈稀⑷藱C(jī)相互共融等技術(shù)。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論：仿人機(jī)器人研究是在什么時(shí)候興起的？
王田苗：仿人機(jī)器人的研究最早是在 70 年代末 80 年代初開始，在我的記憶里最早是從日本的早稻田大學(xué)開始。人們真正對(duì)仿人機(jī)器人建立初步印象是在 1985 年，「仿人機(jī)器人之父」加藤一郎研究出了鋼琴機(jī)器人，它通過(guò)攝像頭來(lái)識(shí)譜，然后通過(guò)識(shí)譜指導(dǎo)自己接下來(lái)的行動(dòng)。
不過(guò)仿人在機(jī)器人領(lǐng)域一直都是一件富有挑戰(zhàn)性的事情。所以后來(lái)就分化出兩條線，一條線誕生于美國(guó)的 MIT，主要從動(dòng)物仿生開始，這一批研究團(tuán)隊(duì)后來(lái)派生出波士頓動(dòng)力公司；另外一條線則誕生于日本，本田在 1995 年時(shí)加大對(duì)仿人機(jī)器人的研究，在 1997 年派生出了 ASIMO。
863 計(jì)劃
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論： 863 計(jì)劃的機(jī)器人主題前后經(jīng)歷了哪些變化？
王田苗：由于前期的一系列工作，使我有幸在 2000 年成為 863 計(jì)劃?rùn)C(jī)器人主題首席專家，后來(lái)在 2005 年又成為國(guó)家先進(jìn)制造技術(shù)主題首席專家。
早期以蔣新松為代表的一批科學(xué)家設(shè)計(jì)了 863 計(jì)劃?rùn)C(jī)器人戰(zhàn)略規(guī)劃，確定了若干平臺(tái)，目的是希望通過(guò)平臺(tái)帶動(dòng)技術(shù)研發(fā)，接著通過(guò)技術(shù)研發(fā)進(jìn)行驗(yàn)證，這一執(zhí)行就是 5 到 10 年。隨著國(guó)家發(fā)展，有人提出機(jī)器人應(yīng)該走向產(chǎn)業(yè)界，這其中最重要的就是工業(yè)機(jī)器人，那時(shí)期國(guó)家陸續(xù)敲定了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展計(jì)劃。
在確定工業(yè)機(jī)器人發(fā)展計(jì)劃的過(guò)程中，863 專家組里實(shí)際上存在著一些爭(zhēng)論，其中包括對(duì)企業(yè)對(duì)象的選擇上，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的汽車企業(yè)大部分是合資的，大量采用了國(guó)外機(jī)器人，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的推動(dòng)效果一直不甚明顯。所以當(dāng)時(shí)有人建議，要不先從特種機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化開始入手，于是才出現(xiàn)了后來(lái)一系列包括水下機(jī)器人、消防機(jī)器人、煤礦救援機(jī)器人、空間機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等研究成果。到了 2008 年前后，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力整體有所提升，工業(yè)機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域需求迫切，這時(shí)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化再次被提上議程，主要先從工業(yè)里的汽車零部件、電子制造、材料加工、碼垛搬運(yùn)機(jī)器人等領(lǐng)域入手。
總結(jié)起來(lái)，中國(guó)的機(jī)器人起步于特種機(jī)器人，接著進(jìn)入技術(shù)發(fā)展層面，然后再進(jìn)入特種機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化，接著是工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化，然后才是家庭服務(wù)，這么一個(gè)反復(fù)迭代的結(jié)果。影響迭代的發(fā)展路徑，除了國(guó)際上的機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)，還有我們國(guó)家的國(guó)情基礎(chǔ)，尤其是市場(chǎng)需求這塊。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論： 您認(rèn)為機(jī)器人與人工智能之間是一種什么樣的關(guān)系？
王田苗：早期人工智能對(duì)于機(jī)器人的影響，更多體現(xiàn)在行為智能與控制上，發(fā)展到后期，由于牽扯到場(chǎng)景理解，因此才開始涉及深度學(xué)習(xí)、識(shí)別、交互、推理等算法。在整個(gè)發(fā)展過(guò)程中，機(jī)器人與人工智能始終是交錯(cuò)融合的，它們之間是不可分割的，人工智能是機(jī)器人的大腦，決定了機(jī)器人操作、移動(dòng)、控制的水平，人工智能水平往往又通過(guò)機(jī)器人載體給予驗(yàn)證，有時(shí)候人工智能的研究走在機(jī)器人前面，比如在模擬人的計(jì)算、對(duì)話方面，而在其他方面比如工業(yè)層面，可能機(jī)器人又在走在人工智能前面，比如精密操作、高效焊接、高速搬運(yùn)甚至多機(jī)協(xié)調(diào)、模擬裝配、無(wú)人化車間等。
總的來(lái)說(shuō)，人們?nèi)缃衿毡檎J(rèn)為，在未來(lái)的 5 到 10 年，以下這三項(xiàng)技術(shù)將可能產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益，甚至?xí)貥?gòu)我們現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、制造模式、生活方式，它們分別是：5G 與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器人。如果按狹義的方式對(duì)三者進(jìn)行理解，物聯(lián)網(wǎng) + 5G = 感知，人工智能 = 決策判斷，機(jī)器人 = 控制操作，三者正好又會(huì)形成一個(gè)大的智能系統(tǒng)，也是未來(lái)各種自主無(wú)人系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
雷鋒網(wǎng) AI 科技評(píng)論
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