服务机器人核心技术与发展趋势思考。

6月30日，科沃斯机器人大会暨苏州湾服务机器人产业峰会于苏州正式开幕。北京航空航天大学教授王田苗应邀参加了机器人专题产业分论坛，就服务机器人核心技术与发展趋势思考带来了精彩报告。

作为超长周期赛道，比如移动互联网与智能手机（2005-2020）、有新能源汽车与智能汽车（2015-2030年）、数字经济与智能机器人（2020-2050年）等，一直是各国政府界、产业界、学术界、投资界等高度关注了，尤其是对于中国，随着市场红利、人口红利渐渐减弱，科技红利成为中国经济再次崛起及综合国力可持续高速发展的核心要素，其中以人工智能、智能机器人、新材料高端制造、新能源碳中和、生物科技等成为未来新产业变革与新经济发展的重要引擎。

社会发展与前沿多学科交叉创新，正在不断刺激智能机器人从技术到形态的演变发展

工业规模化发展与城镇聚集化需求：一方面效率与质量驱动，劳动力下降与成本提高驱动，推动了从第二产业向第三产业、第一产业应用方面发展等，与此同时一带一路出海成为我国机器人及自动化生产线企业盈利重要渠道等。另一方面大城市人口与物流的聚集，食品农副产品、预制菜与生鲜，垃圾污水与环保处理，自动驾驶与智能交通，智能能源管理与储能换电，AIot与安全监控，危险救灾机器人，以及咨询、物流、清洁、酒店、展览、咖啡等机器人都成为迫切需要的服务与产品机器人等。

老人化社会加速与新生代娱乐文创体育需求：一方面聊天、陪护、助理、养老、康复、中医等机器人需求也越来越迫切，包括数字化慢性病医疗与AI虚拟机器人、健身康复与中医按摩机器人、无障碍移动机器人、翻身按摩与大小便处置机器人等，就不完全统计其中65岁以上15%、75岁以上25%、85岁以上45%都需要这方面服务。另一方面年轻人科技、文创、娱乐、体育等方面机器人，包括虚拟人代理与交流，人机混合智能机器人，情感陪护伴侣机器人，烹饪机器人，清洁机器人，VR个性化健身机器人，干细胞与美容注射机器人，娱乐跳舞机器人等。

特殊场景下不可替代的机器人：一方面星际探险、治疗精准操作、生物组织等超前需求拉动，包括太空探索与移民，脑接口与意识，手术机器人与血管纳米机器人，生肌电生命组织器官，健康快乐生化技术，人生灵魂永生等。另一方面危险作业与局部战争需求刺激，包括危险作业、抢险救灾、无人机、无人坦克、无人舰艇、智能武器系统、机器人战士等研究开发。


动态一：前沿热点基础研究：其中特别是新材料与刚柔耦合软体机器人、NLP与多模态、脑机接口与认知、基础软件与平台等是尤为关键的，因为基础原创性突破有望改变机器人形态、产品功能以及服务模式

1. 仿人机器人技术，类生命体，人工肌肉，人工皮肤，生肌电控制，组织器官，软体机器人等；

2. DNA 纳米机器人与新材料微纳部件、纳米材料、微机电、3D打印、智能假体、微纳米制造装配、驱动能量转换、力反馈交互等；

3. 生物感知技术、视听力触传感器、边缘AI计算、刚柔耦合、感知驱动一体化等；

4. 自然语言理解、情感识别与人机交互技术、会话式智能交互技术，情感交互、孤僻聊天、儿童与老人陪护等；

5. 脑机接口与生机电一体化技术、脑科学、神经意识、肌电信号、知识图谱、认知识别、机器推理等；

6. 元宇宙虚拟人与机器人融合技术、下一代互联网、娱乐交互、代理人、临境感知、遥操作等；

7. 复合机器人技术“手足眼脑”一体化，由移动平台、机械臂、视觉模组、 末端执行器等组成，融合环境感知、定位与导航、智能控制等，非结构化环境识别、多机协同、智能交通等；

8. 超级软件自动化、机器人操作系统、软机器人、RPA、物业、金融、财务、政务等自动化等；

9. 云服务机器人技术，分布式云服务，云加工中心，人工智能与机器学习，可解释人工智能，远程租赁服务，远程示教服务，机器人即服务RaaS等；

10. 伦理、机器人向善、就业、隐私、道德与法律等。


动态二：机器人+：其中传感器与核心部件、高频标准化商业应用（室内外物流、清洁、情感陪护助理等）、Raas与App软件等尤为关键，因为这些有望突破单品超过千万台以上或者形成订阅式商业模式

高附加值核心部件包括AI视觉、力觉与触觉、RV、电机、AMR、设计与应用软件等；超级软件自动化工具AIops、RPA、Raas等垂直大模型，包括面向租赁、培训、加工、应用开发等云服务平台Raas；医疗机器人；面向上下料、操作物流或清洁的移动式复合机器人；面向娱乐、餐饮、按摩、艾灸、陪护等服务机器人；面向农业、建筑、回收、拆装、能源、核工业等无人系统。

机器人+商业应用方面，目前我国机器人整机端和核心零部件也有部分公司崭露头角，预计在新能源、自动化物流、农副产品与消费品、生物科技、公共服务、家政服务等广阔应用前景，呈现出细分领域爆发式发展。

《“十四五”机器人产业发展规划》提到十四五机器人产业营业收入年均增速超过 20%，制造业机器人密度实现翻番，应用场景涵盖to G端、to B端、to C端等多个维度。环境标准、高频空间、人工成本也使得“机器换人”在一些场景成为痛点。


动态三：大模型+机器人：有望在具身智能交互性、知识性、标准性的应用场景将通用大模型与机器人具体应用的垂直大模型相融合，大幅度提升机器人智能化水平及更深入广泛应用

众所周知，通用的多模态、NLP、CV、交互等AI大模型正在革新机器人感知方式，环境认知复杂度，基于知识的融合决策与控制等环节，有望给机器人智能化水平与广泛应用领域带来大幅度提升，特别是具身智能交互性、知识性、标准性的应用场景通用大模型与机器人专业应用的垂直大模型相融合，包括科教、助理、陪护、养老等，以及指导性操作、清洁、物流等有望率先取得突破性进展。

谷歌DeepMind团队，2023年6月20日展示了机器人AI智能体“RoboCat”，具有“通用性”，RoboCat就可以学会操控机械臂完成“套圈”“搭积木”“抓水果”等任务，验证了完成一项新任务的成功率已从初期的36%提升至74%，可实现快速学习能力，减少了对人类监督训练的需求。谷歌还成功将PaLM语言模型应用到机器人，将机器人执行命令的成功率从61%提高至74%。该模型通过将两个概率相乘，来确定特定技能成功学习的概率：一是task-grounding，即当下专业技能语言描述；二是world- grounding，即目前积累的各种技能知识可达路径的可行性。


动态四：人形（仿生）机器人：有望形成机器人单品统一的形态，有望催生其机器人AI芯片、各种传感器以及机器人零部件供应链重构与规模化快速发展

“机器人+”时代的来临，拥抱仿生机器人千亿赛道。随着人口老龄化加剧与智能制造蓬勃发展，与此同时机器人、人工智能与云服务大数据正在进入颠覆式发展阶段，仿生机器人正在以另外一种模块化、智能化、云服务发展路径推动着智能机器人规模产业化发展。其中，仿人与四足机器人将是仿生机器人中最具成长性的两个细分赛道。据乐观估计，若2030-2035年全球劳动力缺口3-5%可能被仿生仿人机器人替代，预计对仿人机器人的需求量约100-300万台，对应全球市场规模将突破2600亿元，中国市场将突破650亿元。

仿生机器人依然以灵活运动稳定性与灵巧作业操作性作为当前重点攻克关键技术难点。有别于传统机器人，为了在非结构环境下灵活运动与灵巧操作，仿生与仿人机器人对系统稳定性与高端核心零部件的需求更为迫切，其中关键技术难点在高扭矩密度驱动单元、智能运动控制、环境实时感知能力、人机交互等技术方面，还包括学术界正在积极探索新智能材料、刚柔耦合人工肌肉、人造感知皮肤、软体机器人等。

“ChatGPT+仿生机器人”让机器人从“形似”到“神似”。Open AI公司投资1X Technologies人形机器人公司正式进军机器人行业，探索ChatGPT在机器人领域应用落地，探索多模态大语言模型，将推动人形机器人在人机交互文本知识与作业环境的应用工艺知识相结合自迭代学习认知模型，以解决机器人行业软件基础端框架算法与感知前端AI边缘计算相结合的严重滞后挑战性问题。

虽然人形机器人在效率与能源、应用与便捷及维护与价格等方面它有致命的弱点，但是不得不关注特斯拉人形机器人快速迭代的超预期进展，其原因是特斯拉从它自己的在德国、中国、墨西哥等超大规模汽车制造具体某个环节应用场景出发，对人形机器人进行了全新重新定义与设计，特别是机械结构、电子驱动、40个关节零部件进行全新设计甚至有一些是颠覆性的，包括不同输出扭矩、输出速度、定位精度、旋转刚度、力感知、自锁、体积大小等，这些原始创新突破，有望带动仿人机器人对“感知能力、交互能力、运控能力” 通用算力模型与应用专业垂直大模型发展、催生其机器人AI芯片、各种传感器、以及机器人零部件供应链重构与规模化快速发展，这样才有可能从特斯拉机器人现在100多万美元、逐步迭代减少成本、接近销售价格2万美元。。


最后，纵观历史与社会形态的发展，分析未来新材料、新能源、生物、AI等多学科交叉颠覆性技术创新走向，围绕世界老人化、城镇化、人口数量变化与网络化、智能化、规模化的创造新市场需求，未来10年全球服务机器人突破上万亿市场发展空间，依然有不确定性，其突出存在3大争论：其一形态演进路径 ？工业、商用、人形、大模型、还是发散式应用；其二商业价值可持续驱动 ？运营、培训、集成、整机、零部件、平台等，授权IP、销售、租赁、服务、订阅等，高校、民营、国有、创新、供应链、资本、政府等相关协同政策；其三机器人伦理 ？机器人如何向善？还包括就业、隐私、道德、伦理以及相应的法律问题。

（以上来源北京航空航天大学教授王田苗《服务机器人核心技术与发展趋势思考》演讲。）