提到“服務(wù)機(jī)器人”，你腦海中第一個(gè)畫(huà)面是什么?是短視頻中與寵物斗志斗勇的掃地機(jī)器人，還是在疫情期間穿梭酒店實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸配送的物流機(jī)器人?其實(shí)，機(jī)器人的價(jià)值早已不僅限于此。
2017年，美國(guó)佛吉尼亞州就為機(jī)器人提供了與行人等同的路權(quán)。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)判斷，2021年服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到130億美元。我們認(rèn)為：服務(wù)機(jī)器人是智慧城市新藍(lán)海。作為一種具備完整連接計(jì)算能力、突破時(shí)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(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。本文聚焦智慧城市的重點(diǎn)場(chǎng)景中的服務(wù)機(jī)器人，應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋政務(wù)、交通、安防、娛樂(lè)和服務(wù)等。
連通虛實(shí): 全真時(shí)代的智能執(zhí)行體
全面數(shù)字化已經(jīng)來(lái)臨，世界將進(jìn)入物理與數(shù)字空間緊密結(jié)合的全真互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。全真世界有四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：現(xiàn)實(shí)虛擬化、虛擬真實(shí)化、全息互聯(lián)網(wǎng)、智能執(zhí)行體。
機(jī)器人正是連接物理空間和數(shù)字空間的智能執(zhí)行體之一。機(jī)器人擁有“感知、互聯(lián)、計(jì)算、交互”四大特征，使其可以建立人、環(huán)境和機(jī)器人三者的互聯(lián)機(jī)制，促進(jìn)城市治理、服務(wù)、生活數(shù)字化水平的提升。
圖表1 機(jī)器人作為智能執(zhí)行體四個(gè)特征，實(shí)現(xiàn)人-環(huán)境-機(jī)器人互動(dòng)的三大功能來(lái)源：騰訊研究院
(一)四大特征
1.感知
機(jī)器人是全面感知信息的終端，一定程度上突破時(shí)空限制，通過(guò)對(duì)環(huán)境信息的采集，用數(shù)據(jù)建立物理空間、社會(huì)空間的數(shù)字化模型。機(jī)器人可以通過(guò)多模態(tài)的感知方式，如架設(shè)傳感器、雷達(dá)、攝像頭等，對(duì)物理環(huán)境中各形態(tài)的物質(zhì)及光、聲、熱的信息進(jìn)行全方位捕捉。此外，機(jī)器人還是移動(dòng)的感知終端，可以在海陸空三域活動(dòng)，進(jìn)入人類、其他設(shè)備難以接近的空間。
機(jī)器人3D視覺(jué)的發(fā)展，使其能夠獲取現(xiàn)實(shí)三維場(chǎng)景完整的幾何信息，利用帶有深度信息的圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于場(chǎng)景的精準(zhǔn)數(shù)字化，從而實(shí)現(xiàn)高精度的識(shí)別、定位、重建、場(chǎng)景理解等功能。
2.互聯(lián)
在收集環(huán)境的數(shù)據(jù)和自身運(yùn)行的數(shù)據(jù)后，機(jī)器人可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云端，從各個(gè)維度提供城市運(yùn)作的動(dòng)態(tài)規(guī)律。
3.計(jì)算
機(jī)器人通過(guò)人工智能算法獲得計(jì)算和決策的能力，不斷學(xué)習(xí)新的數(shù)據(jù)完善算法，提升準(zhǔn)確率，并通過(guò)安裝新算法、新模型完成功能迭代升級(jí)。
4.交互
除了對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行感知，機(jī)器人還通過(guò)對(duì)人類手勢(shì)、語(yǔ)音、表情的捕捉識(shí)別需求，進(jìn)行智能交互，并實(shí)現(xiàn)如人機(jī)共駕的合作模式。
(二)三大功能
1.城市服務(wù)的入口
線下服務(wù)在工作時(shí)間和地理位置上都有很多的限制，機(jī)器人作為人與數(shù)字空間連接的入口之一，即時(shí)響應(yīng)各種需求。機(jī)器人還可以通過(guò)數(shù)據(jù)、感知自發(fā)識(shí)別需求，提高城市服務(wù)的智能化水平。
2.遠(yuǎn)程操作的載體
機(jī)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(fù)雜、繁瑣、危險(xiǎn)的任務(wù)。在遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、VR、AR等技術(shù)的加持下，機(jī)器人將一個(gè)空間的人或物的虛擬形象投射到另一個(gè)空間，創(chuàng)造遠(yuǎn)程監(jiān)控臨場(chǎng)感，提高遠(yuǎn)程工作、人機(jī)合作的效率。
3.群體智能的單元
機(jī)器人之間可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)共享數(shù)據(jù)，也可以在近距離通過(guò)傳感器交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相互協(xié)作。在傳感器因環(huán)境噪音或活動(dòng)范圍過(guò)大而受到影響時(shí)，機(jī)器人運(yùn)用分布式強(qiáng)化學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)空間自主劃分，或是學(xué)習(xí)響應(yīng)不同突發(fā)情況的規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)具有自組織性的群體智能。
全面賦能:
服務(wù)機(jī)器人助力城市數(shù)字化升級(jí)
如今，智慧城市發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢(shì)：從條塊信息化轉(zhuǎn)向全面數(shù)字化，從系統(tǒng)建設(shè)轉(zhuǎn)向可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。社會(huì)(人)、物理、數(shù)字空間將全面融合，因此需要連接這三個(gè)空間的執(zhí)行體完成智慧城市的新一輪升級(jí)。這是服務(wù)機(jī)器人在智慧城市中的獨(dú)特價(jià)值所在。
圖表2 服務(wù)機(jī)器人通過(guò)連接三類空間，助推城市全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)（來(lái)源：騰訊研究院）
圖表3 智慧城市發(fā)展趨勢(shì)及服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景（來(lái)源：騰訊研究院）
全面數(shù)字化需要進(jìn)行全方位的數(shù)字空間建設(shè)，機(jī)器人作為擁有全面感知和全真互聯(lián)能力的執(zhí)行體，能夠幫助城市打通多時(shí)空、多尺度、多種類跨系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)，最終在協(xié)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(shè)從各部件的單體智能過(guò)渡到群體智能，實(shí)現(xiàn)真正的全面化發(fā)展。
可持續(xù)運(yùn)營(yíng)要保證對(duì)物理空間的全面覆蓋，并且需要24小時(shí)持續(xù)提供服務(wù)。機(jī)器人在海陸空的活動(dòng)范圍滿足全域感知的需求。機(jī)器人有能力自主完成一個(gè)服務(wù)閉環(huán)，通過(guò)感知發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、通過(guò)互聯(lián)報(bào)告問(wèn)題、通過(guò)計(jì)算形成決策、通過(guò)執(zhí)行解決問(wèn)題。這將大幅提升城市運(yùn)行的即時(shí)性和連續(xù)性，滿足全時(shí)響應(yīng)的需求。此外，可持續(xù)運(yùn)營(yíng)還強(qiáng)調(diào)對(duì)成本的控制。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本較高。機(jī)器人在使用和部署上更為靈活具體，做到按需分配，降低數(shù)據(jù)采集成本。
從應(yīng)用場(chǎng)景上看，服務(wù)機(jī)器人有助于城市的品質(zhì)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(wù)
首先，機(jī)器人可以為人們提供高質(zhì)量的生活、娛樂(lè)服務(wù)。以卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(CMU)的HARP實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的服務(wù)員機(jī)器人為例，它們可以通過(guò)面部識(shí)別算法捕捉人們?cè)谏缃换顒?dòng)中的不同反映并判斷他們的需求，從而使城市中各項(xiàng)服務(wù)更為及時(shí)且人性化。
此外，在解決城市社會(huì)問(wèn)題上，機(jī)器人還有助于提升數(shù)字時(shí)代的技術(shù)包容性和社會(huì)參與度，為特殊人群提供定制服務(wù)，一定程度助力彌合“數(shù)字鴻溝”。Akara Robotics公司研發(fā)的老人看護(hù)機(jī)器人Stevie具有社交輔助功能，能玩游戲、遞東西、聯(lián)網(wǎng)接通視頻聊天、識(shí)別求助信息，并通過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)和頭部運(yùn)動(dòng)回應(yīng)，消除老人的孤獨(dú)感，及時(shí)發(fā)現(xiàn)特殊情況，同時(shí)填補(bǔ)護(hù)理人員的缺口。
2.環(huán)境保護(hù)
機(jī)器人可以高效完成繁復(fù)持續(xù)的環(huán)保等工作，以達(dá)成城市綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。谷歌機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室在2019年研發(fā)了一款辦公室垃圾自動(dòng)分類機(jī)器人。機(jī)器人利用標(biāo)注好的數(shù)據(jù)，在云端的虛擬辦公室訓(xùn)練垃圾分類。這將改善人工分類不自覺(jué)、不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
3.應(yīng)急救災(zāi)
在加強(qiáng)城市韌性上，機(jī)器人在安防和救援等任務(wù)中有更敏捷、更穩(wěn)定的表現(xiàn)，讓人類無(wú)須涉險(xiǎn)。2020年4月，內(nèi)蒙古消防救援總隊(duì)由消防機(jī)器人組成的“利刃編隊(duì)”正式投入使用。由7臺(tái)滅火偵察機(jī)器人、2架滅火偵察無(wú)人機(jī)、1臺(tái)運(yùn)輸車組成。消防機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，空地協(xié)同進(jìn)行滅火，提高滅火效率，減少消防人員傷亡。2017年，CMU仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的蛇形機(jī)器人被用于搜尋墨西哥城地震的幸存者。機(jī)器人的主體由16個(gè)模塊組成，頭部安裝了照明裝備和攝像頭。它可以進(jìn)入廢墟中人類無(wú)法進(jìn)入的狹窄空間。未來(lái)，蛇形機(jī)器人將配備傳感器來(lái)檢測(cè)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(jī)器人在科研創(chuàng)新方面也有多種應(yīng)用。英國(guó)利物浦大學(xué)的科學(xué)家研制了一款機(jī)器人化學(xué)家，可以全天候輕松檢測(cè)上千個(gè)樣本，并且在環(huán)境惡劣或需要使用有毒物質(zhì)的情況下工作，讓實(shí)驗(yàn)員遠(yuǎn)離風(fēng)險(xiǎn)。研究人員認(rèn)為，疫情和氣候等問(wèn)題的研究需要國(guó)際合作。他們接下來(lái)的目標(biāo)是讓世界各地都擁有這樣的機(jī)器人，并用一個(gè)集中的大腦連接起來(lái)。
未來(lái)可期: 城市服務(wù)機(jī)器人的起步與探索
圖表4 城市服務(wù)機(jī)器人：現(xiàn)有實(shí)踐及發(fā)展空間（來(lái)源：騰訊研究院）
(一)四輪驅(qū)動(dòng)加速新場(chǎng)景、新產(chǎn)品
在政策、市場(chǎng)、社會(huì)需求和技術(shù)四輪驅(qū)動(dòng)下，加之新冠疫情催生了無(wú)接觸配送、社交距離監(jiān)控、消毒機(jī)器人等眾多新需求，種類、功能、形態(tài)繁多的服務(wù)機(jī)器人在智慧城市場(chǎng)景的應(yīng)用已經(jīng)成為新的趨勢(shì)。
從政策趨勢(shì)看，各國(guó)政府、國(guó)際組織和行業(yè)協(xié)會(huì)等已經(jīng)開(kāi)始積極關(guān)注城市場(chǎng)景下機(jī)器人的法律和倫理問(wèn)題。在2017年，美國(guó)的弗吉尼亞州等州已立法允許機(jī)器人在人行道上運(yùn)行，并享有適用于行人的所有權(quán)利和責(zé)任。聯(lián)合國(guó)下屬科學(xué)知識(shí)和科技倫理世界委員會(huì)(COMEST)發(fā)布《機(jī)器人倫理初步報(bào)告草案》，關(guān)注機(jī)器人如何遵守人類社會(huì)的倫理規(guī)范，IEEE也發(fā)表過(guò)相關(guān)建議。
從市場(chǎng)動(dòng)向看，服務(wù)類機(jī)器人市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，成為投資新熱點(diǎn)。IFR報(bào)告顯示，2019年全球服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模94.6億美元，同比增長(zhǎng)14.1%，2021年將達(dá)到130億美元。以亞馬遜、谷歌為代表的國(guó)際科技巨頭通過(guò)研發(fā)、投資等方式強(qiáng)化服務(wù)機(jī)器人布局。例如，亞馬遜的配送機(jī)器人Scout使用傳感器在社區(qū)內(nèi)安全導(dǎo)航。谷歌正在研發(fā)的環(huán)保機(jī)器人運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)垃圾分類回收。
從社會(huì)需求看，社會(huì)年齡結(jié)構(gòu)的變化和人機(jī)互動(dòng)方式升級(jí)為智慧城市服務(wù)模式提出新要求。為應(yīng)對(duì)日本老齡化嚴(yán)重但居家看護(hù)勞動(dòng)力不足的問(wèn)題，2020年，日本人工智能公司Preferred Networks 與豐田合作開(kāi)發(fā)護(hù)理機(jī)器人，在家中和醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)為老年人服務(wù)。此外，家庭社交類機(jī)器人更進(jìn)一步密切了與人類的情感互動(dòng)，麻省理工學(xué)院的MIT Media Lab為小朋友研制了陪伴型機(jī)器人作為寵物。可以想見(jiàn)未來(lái)城市的思維模式將帶動(dòng)全面創(chuàng)新。
從技術(shù)突破看，機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)、形態(tài)、感知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制在技術(shù)的推動(dòng)下向更加智能化、多樣化、實(shí)用化的方向發(fā)展。首先，軟體材料等仿生材料使機(jī)器人與人交互的安全性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力得到改善;其次，全真互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)臨，5G、多模態(tài)感知的IOT平臺(tái)等新一代ICT技術(shù)為感知定位提供底層技術(shù)支撐;最后，圖像識(shí)別、運(yùn)動(dòng)控制算法等人工智能重要領(lǐng)域取得突破，為機(jī)器人賦予了更加智慧的“頭腦”，增強(qiáng)其運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制水平向類人化演進(jìn)。
(二)四重挑戰(zhàn)激發(fā)新認(rèn)知、新方向
不過(guò)目前，智能服務(wù)機(jī)器人在智慧城市中的布局還處于一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的起步階段。
在政策和城市規(guī)劃上，機(jī)器人和人工智能的相關(guān)法律法規(guī)尚未形成體系，城市中的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施還不完備，難以為機(jī)器人的大面積使用提供運(yùn)營(yíng)和管理上的支持。在感知層，城市仍缺少價(jià)格低廉且廣泛布設(shè)的物聯(lián)傳感系統(tǒng);在定位層，5G網(wǎng)絡(luò)全面布設(shè)仍需時(shí)日，使得高精度和低延遲的自動(dòng)駕駛環(huán)境還未完全來(lái)臨。而傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，如道路、建筑物等，在設(shè)計(jì)之初并沒(méi)有考慮與機(jī)器人的適配。如耐火性極強(qiáng)的消防機(jī)器人可能因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)入狹窄的樓道而束手無(wú)策。
在市場(chǎng)和社會(huì)環(huán)境上，服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的商業(yè)模式有待厘清，需明確市場(chǎng)定位，破解低端同質(zhì)化的困局;隨著機(jī)器人智能水平的提高，倫理爭(zhēng)議不可避免，要警惕潛在的社會(huì)問(wèn)題，人對(duì)機(jī)器人的接納程度也需要正確的引導(dǎo)。
在技術(shù)上，機(jī)器人智能化技術(shù)尚未成熟，如能否靈活感知復(fù)雜的交通情況、傳感器的敏捷度與準(zhǔn)確性不足等。機(jī)器人的能耗問(wèn)題、與人交互時(shí)的安全問(wèn)題，仍然是學(xué)術(shù)界熱門的研究課題。
因此，如何讓服務(wù)機(jī)器人在智慧城市中充分發(fā)揮作用仍在探索階段。技術(shù)雖為核心，政策的制定、商業(yè)模式的探索、基礎(chǔ)設(shè)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(jì)算能力、突破時(shí)空限制的智能執(zhí)行體，智能服務(wù)機(jī)器人在智慧城市中的應(yīng)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?jiàn)：服務(wù)機(jī)器人作為虛實(shí)結(jié)合的智能執(zhí)行體可以鍛造很多新場(chǎng)景，甚至實(shí)現(xiàn)從人體血管到市政管網(wǎng)、到外太空的全場(chǎng)景適應(yīng)。最終基于全面數(shù)字化的城市孿生空間、定位感知和數(shù)據(jù)中臺(tái)賦能，打通系統(tǒng)限制，協(xié)同工作，自主控制，實(shí)現(xiàn)群體智能。
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作者
徐一平 騰訊研究院高級(jí)研究員
董懷文 騰訊研究院助理研究員
（轉(zhuǎn)載）
