提到“服務機器人”，你腦海中第一個畫面是什么?是短視頻中與寵物斗志斗勇的掃地機器人，還是在疫情期間穿梭酒店實現無接觸配送的物流機器人?其實，機器人的價值早已不僅限于此。
2017年，美國佛吉尼亞州就為機器人提供了與行人等同的路權。國際機器人聯合會(IFR)判斷，2021年服務機器人的市場規(guī)模將達到130億美元。我們認為：服務機器人是智慧城市新藍海。作為一種具備完整連接計算能力、突破時空限制的城市新單元，并引發(fā)城市發(fā)展模式和人類生活方式的新探索。
國際機器人聯合會(IFR)將機器人分為工業(yè)機器人和服務機器人。本文聚焦智慧城市的重點場景中的服務機器人，應用場景覆蓋政務、交通、安防、娛樂和服務等。
連通虛實: 全真時代的智能執(zhí)行體
全面數字化已經來臨，世界將進入物理與數字空間緊密結合的全真互聯網時代。全真世界有四個關鍵技術點：現實虛擬化、虛擬真實化、全息互聯網、智能執(zhí)行體。
機器人正是連接物理空間和數字空間的智能執(zhí)行體之一。機器人擁有“感知、互聯、計算、交互”四大特征，使其可以建立人、環(huán)境和機器人三者的互聯機制，促進城市治理、服務、生活數字化水平的提升。
圖表1 機器人作為智能執(zhí)行體四個特征，實現人-環(huán)境-機器人互動的三大功能來源：騰訊研究院
(一)四大特征
1.感知
機器人是全面感知信息的終端，一定程度上突破時空限制，通過對環(huán)境信息的采集，用數據建立物理空間、社會空間的數字化模型。機器人可以通過多模態(tài)的感知方式，如架設傳感器、雷達、攝像頭等，對物理環(huán)境中各形態(tài)的物質及光、聲、熱的信息進行全方位捕捉。此外，機器人還是移動的感知終端，可以在海陸空三域活動，進入人類、其他設備難以接近的空間。
機器人3D視覺的發(fā)展，使其能夠獲取現實三維場景完整的幾何信息，利用帶有深度信息的圖像來實現對于場景的精準數字化，從而實現高精度的識別、定位、重建、場景理解等功能。
2.互聯
在收集環(huán)境的數據和自身運行的數據后，機器人可以將數據實時上傳至云端，從各個維度提供城市運作的動態(tài)規(guī)律。
3.計算
機器人通過人工智能算法獲得計算和決策的能力，不斷學習新的數據完善算法，提升準確率，并通過安裝新算法、新模型完成功能迭代升級。
4.交互
除了對周圍環(huán)境進行感知，機器人還通過對人類手勢、語音、表情的捕捉識別需求，進行智能交互，并實現如人機共駕的合作模式。
(二)三大功能
1.城市服務的入口
線下服務在工作時間和地理位置上都有很多的限制，機器人作為人與數字空間連接的入口之一，即時響應各種需求。機器人還可以通過數據、感知自發(fā)識別需求，提高城市服務的智能化水平。
2.遠程操作的載體
機器人能夠打破物理空間的約束，在不需要人作為媒介的情況下與物交互，從而代替人類完成復雜、繁瑣、危險的任務。在遠程呈現、VR、AR等技術的加持下，機器人將一個空間的人或物的虛擬形象投射到另一個空間，創(chuàng)造遠程監(jiān)控臨場感，提高遠程工作、人機合作的效率。
3.群體智能的單元
機器人之間可以通過互聯網和局域網共享數據，也可以在近距離通過傳感器交換數據實現相互協作。在傳感器因環(huán)境噪音或活動范圍過大而受到影響時，機器人運用分布式強化學習和神經網絡實現空間自主劃分，或是學習響應不同突發(fā)情況的規(guī)劃算法，實現具有自組織性的群體智能。
全面賦能:
服務機器人助力城市數字化升級
如今，智慧城市發(fā)展呈現出新的趨勢：從條塊信息化轉向全面數字化，從系統(tǒng)建設轉向可持續(xù)運營。社會(人)、物理、數字空間將全面融合，因此需要連接這三個空間的執(zhí)行體完成智慧城市的新一輪升級。這是服務機器人在智慧城市中的獨特價值所在。
圖表2 服務機器人通過連接三類空間，助推城市全面數字化轉型升級（來源：騰訊研究院）
圖表3 智慧城市發(fā)展趨勢及服務機器人應用場景（來源：騰訊研究院）
全面數字化需要進行全方位的數字空間建設，機器人作為擁有全面感知和全真互聯能力的執(zhí)行體，能夠幫助城市打通多時空、多尺度、多種類跨系統(tǒng)應用數據，最終在協同工作和自主控制的加持下，打破系統(tǒng)限制，讓智慧城市的建設從各部件的單體智能過渡到群體智能，實現真正的全面化發(fā)展。
可持續(xù)運營要保證對物理空間的全面覆蓋，并且需要24小時持續(xù)提供服務。機器人在海陸空的活動范圍滿足全域感知的需求。機器人有能力自主完成一個服務閉環(huán)，通過感知發(fā)現問題、通過互聯報告問題、通過計算形成決策、通過執(zhí)行解決問題。這將大幅提升城市運行的即時性和連續(xù)性，滿足全時響應的需求。此外，可持續(xù)運營還強調對成本的控制。物聯網設備的鋪設和運營成本較高。機器人在使用和部署上更為靈活具體，做到按需分配，降低數據采集成本。
從應用場景上看，服務機器人有助于城市的品質提升和包容共享、綠色低碳、韌性安全和創(chuàng)新發(fā)展：
1.公共服務
首先，機器人可以為人們提供高質量的生活、娛樂服務。以卡內基梅隆大學(CMU)的HARP實驗室研發(fā)的服務員機器人為例，它們可以通過面部識別算法捕捉人們在社交活動中的不同反映并判斷他們的需求，從而使城市中各項服務更為及時且人性化。
此外，在解決城市社會問題上，機器人還有助于提升數字時代的技術包容性和社會參與度，為特殊人群提供定制服務，一定程度助力彌合“數字鴻溝”。Akara Robotics公司研發(fā)的老人看護機器人Stevie具有社交輔助功能，能玩游戲、遞東西、聯網接通視頻聊天、識別求助信息，并通過語言、手勢和頭部運動回應，消除老人的孤獨感，及時發(fā)現特殊情況，同時填補護理人員的缺口。
2.環(huán)境保護
機器人可以高效完成繁復持續(xù)的環(huán)保等工作，以達成城市綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展目標。谷歌機器人實驗室在2019年研發(fā)了一款辦公室垃圾自動分類機器人。機器人利用標注好的數據，在云端的虛擬辦公室訓練垃圾分類。這將改善人工分類不自覺、不準確的問題。
3.應急救災
在加強城市韌性上，機器人在安防和救援等任務中有更敏捷、更穩(wěn)定的表現，讓人類無須涉險。2020年4月，內蒙古消防救援總隊由消防機器人組成的“利刃編隊”正式投入使用。由7臺滅火偵察機器人、2架滅火偵察無人機、1臺運輸車組成。消防機器人可以實現互聯網數據遠程傳輸，空地協同進行滅火，提高滅火效率，減少消防人員傷亡。2017年，CMU仿生機器人實驗室研發(fā)的蛇形機器人被用于搜尋墨西哥城地震的幸存者。機器人的主體由16個模塊組成，頭部安裝了照明裝備和攝像頭。它可以進入廢墟中人類無法進入的狹窄空間。未來，蛇形機器人將配備傳感器來檢測瓦礫中的氣體泄漏情況，還可以用于管道中、水下的故障排查。
4.創(chuàng)新發(fā)展
機器人在科研創(chuàng)新方面也有多種應用。英國利物浦大學的科學家研制了一款機器人化學家，可以全天候輕松檢測上千個樣本，并且在環(huán)境惡劣或需要使用有毒物質的情況下工作，讓實驗員遠離風險。研究人員認為，疫情和氣候等問題的研究需要國際合作。他們接下來的目標是讓世界各地都擁有這樣的機器人，并用一個集中的大腦連接起來。
未來可期: 城市服務機器人的起步與探索
圖表4 城市服務機器人：現有實踐及發(fā)展空間（來源：騰訊研究院）
(一)四輪驅動加速新場景、新產品
在政策、市場、社會需求和技術四輪驅動下，加之新冠疫情催生了無接觸配送、社交距離監(jiān)控、消毒機器人等眾多新需求，種類、功能、形態(tài)繁多的服務機器人在智慧城市場景的應用已經成為新的趨勢。
從政策趨勢看，各國政府、國際組織和行業(yè)協會等已經開始積極關注城市場景下機器人的法律和倫理問題。在2017年，美國的弗吉尼亞州等州已立法允許機器人在人行道上運行，并享有適用于行人的所有權利和責任。聯合國下屬科學知識和科技倫理世界委員會(COMEST)發(fā)布《機器人倫理初步報告草案》，關注機器人如何遵守人類社會的倫理規(guī)范，IEEE也發(fā)表過相關建議。
從市場動向看，服務類機器人市場蓬勃發(fā)展，成為投資新熱點。IFR報告顯示，2019年全球服務機器人的市場規(guī)模94.6億美元，同比增長14.1%，2021年將達到130億美元。以亞馬遜、谷歌為代表的國際科技巨頭通過研發(fā)、投資等方式強化服務機器人布局。例如，亞馬遜的配送機器人Scout使用傳感器在社區(qū)內安全導航。谷歌正在研發(fā)的環(huán)保機器人運用機器學習算法實現垃圾分類回收。
從社會需求看，社會年齡結構的變化和人機互動方式升級為智慧城市服務模式提出新要求。為應對日本老齡化嚴重但居家看護勞動力不足的問題，2020年，日本人工智能公司Preferred Networks 與豐田合作開發(fā)護理機器人，在家中和醫(yī)療保健機構為老年人服務。此外，家庭社交類機器人更進一步密切了與人類的情感互動，麻省理工學院的MIT Media Lab為小朋友研制了陪伴型機器人作為寵物。可以想見未來城市的思維模式將帶動全面創(chuàng)新。
從技術突破看，機器人的本體設計、形態(tài)、感知、運動規(guī)劃和控制在技術的推動下向更加智能化、多樣化、實用化的方向發(fā)展。首先，軟體材料等仿生材料使機器人與人交互的安全性和對環(huán)境的適應能力得到改善;其次，全真互聯網時代來臨，5G、多模態(tài)感知的IOT平臺等新一代ICT技術為感知定位提供底層技術支撐;最后，圖像識別、運動控制算法等人工智能重要領域取得突破，為機器人賦予了更加智慧的“頭腦”，增強其運動規(guī)劃和控制水平向類人化演進。
(二)四重挑戰(zhàn)激發(fā)新認知、新方向
不過目前，智能服務機器人在智慧城市中的布局還處于一個充滿挑戰(zhàn)的起步階段。
在政策和城市規(guī)劃上，機器人和人工智能的相關法律法規(guī)尚未形成體系，城市中的數字基礎設施還不完備，難以為機器人的大面積使用提供運營和管理上的支持。在感知層，城市仍缺少價格低廉且廣泛布設的物聯傳感系統(tǒng);在定位層，5G網絡全面布設仍需時日，使得高精度和低延遲的自動駕駛環(huán)境還未完全來臨。而傳統(tǒng)的基礎設施，如道路、建筑物等，在設計之初并沒有考慮與機器人的適配。如耐火性極強的消防機器人可能因為無法進入狹窄的樓道而束手無策。
在市場和社會環(huán)境上，服務機器人行業(yè)的商業(yè)模式有待厘清，需明確市場定位，破解低端同質化的困局;隨著機器人智能水平的提高，倫理爭議不可避免，要警惕潛在的社會問題，人對機器人的接納程度也需要正確的引導。
在技術上，機器人智能化技術尚未成熟，如能否靈活感知復雜的交通情況、傳感器的敏捷度與準確性不足等。機器人的能耗問題、與人交互時的安全問題，仍然是學術界熱門的研究課題。
因此，如何讓服務機器人在智慧城市中充分發(fā)揮作用仍在探索階段。技術雖為核心，政策的制定、商業(yè)模式的探索、基礎設施的革新、管理理念的創(chuàng)新缺一不可。
作為一種具備完整連接計算能力、突破時空限制的智能執(zhí)行體，智能服務機器人在智慧城市中的應用有望引發(fā)城市發(fā)展模式和人類生活方式的顛覆性思考?？梢韵胍姡悍諜C器人作為虛實結合的智能執(zhí)行體可以鍛造很多新場景，甚至實現從人體血管到市政管網、到外太空的全場景適應。最終基于全面數字化的城市孿生空間、定位感知和數據中臺賦能，打通系統(tǒng)限制，協同工作，自主控制，實現群體智能。
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作者
徐一平 騰訊研究院高級研究員
董懷文 騰訊研究院助理研究員
（轉載）
