首都科学讲堂第644期《智能机器人的进化及产业浪潮》

信息来源:北京科学中心      发布时间:2020-05-25

  2020年5月23日,受新冠肺炎疫情影响,首都科学讲堂线上开讲,本次首都科学讲堂邀请了北京工业大学机器人工程专业负责人,信息学部智能机器人研究所副所长于乃功,为大家带来主题为《智能机器人的进化及产业浪潮》的精彩讲座。

  应对疫情防控,首都科学讲堂线上开讲。为坚决贯彻落实习近平总书记对新型冠状病毒感染的肺炎疫情作出的重要指示精神,北京科学中心坚持“疫情不解除,科普不掉线”,积极开展疫情防控和应急科普,切实做好知识普及和引导科学防控等工作。本期首都科学讲堂使用科学加APP、腾讯新闻客户端、新浪科技客户端、一直播APP等平台开展直播,采用“直播+录播”双管齐下的新颖方式,让公众足不出户,也能获得最权威、最前沿的科普内容和资讯。首都科学讲堂在疫情防控期间将灵活运用各类载体形成宣传阵地,利用网络手段为公众带来更多丰富主题的线上活动,进一步发挥科普在疫情防控中的重要作用。

智能机器人时代来临,如何追赶产业浪潮?

  近几年,智能机器人产业发展迅猛,已引起世界各国的高度重视,均将其视为应对新一轮科技革命和产业变革的主导产业。在我国,不管是机器人与人工智能的底层技术,还是产业化发展,也都取得了令人瞩目的成就。机器人的发展经过了怎样的历史和历程?人工智能在其中扮演了什么样的角色?智能机器人又将为行业和产业的发展带来什么样的新机遇和问题?

第一讲 2050年机器人将会和人类一样聪明

  机器人指的不只是像人的机器人,也包括像动物的机器人。机器狗、机器龟、机器蛇、机器蜘蛛、机器鸟等等,都可以称作是机器人。机器人和人类一样,都经历了一个很漫长的发展过程。

  人类的进化主要是表现在两个方面,一个是肌体的进化,慢慢地学会直立行走;一个是智力的进化, 其脑容量从最开始的450毫升一直到后来的1000多毫升。人类肌体的进化可以使人更加适应自然环境,智力的进化使人变得越来越聪明。

  机器人进化与人类进化是一样的,也涉及两个方面:一个是肌体的进化,主要指的是机电系统、组织结构复杂性的增长;另一个是智力的进化,主要是机器智能行为复杂性的增长,主要体现在机器大脑,而机器人的脑系统是通常所讲的电脑。电脑是机器人表现人工智能或机器智能的物质条件。

  美国卡内基·梅隆大学,机器人技术学院移动式机器人实验室主任Hans Peter Moravec 博士被认为是世界上处于领导地位的“硬”人工智能专家,他在 2000 年世纪交替之时对机器人的未来做了极为乐观的预测和展望。他讲,“它们现在才刚刚达到脊椎动物复杂性的低级水平,然而,它们将在半个世纪内赶上我们人类。”Hans Peter Moravec 博士对2000年之前的机器人发展做了一个总结: 50年代机器人的水平相当于单细胞生物的水平;60年代达到多细胞生物的水平;70、80年代达到低等鱼类的水平;90年代达到昆虫的水平,2000年达到小型蜥蜴的水平;2020年,也就是今年,第一代万能机器人出现,其微电脑的运算速度达到每秒百亿次,具有较为复杂的运算和运筹能力,智力达到中小型哺乳动物的水平,能执行若干不同的任务,如在家庭中处理各种家务、杂事,现在机器人已经进入家庭;到2030年,也就是再过十年,第二代万能机器人出现,智力达到中等哺乳动物的水平,具有认知能力和条件反射的学习机制,能够依据过去的经验面对选择,能逐渐地适应其特殊和变化的生存环境;到2040年第三代万能机器人出现,智力达到灵长类动物的水平,具有生理的、心理的和文化的特征,这个是非常令人振奋的;到2050年,第四代万能机器人出现,智力达到人类的水平,也就是说再过三十年,机器人将跟我们人类一样聪明,一样有竞争力。

  从他的预言来看,机器人的发展主要是朝向智能机器人的方向,它的目标就是赶上和超过人类。

第二讲 人工智能是智能机器人的“灵魂”

  智能机器人要朝着智能的方向发展,离不开人工智能的支持。到目前为止,在世界范围内还没有一个统一的智能机器人的定义,大多数专家认为,智能机器人至少应该具备以下三个要素,第一个是感觉要素,主要用来认识周围环境的状态变化;第二个是运动要素,是对外界做出反应性的动作;第三个是思考要素,是根据感觉要素所得到的信息思考出采用什么样的动作。这三个要素实际上跟人类和动物的智能行为是一致的。

  这三个要素的实现,无不需要人工智能的帮助和支持,人工智能的发展将促进智能机器人感觉能力、运动能力、思考能力的提升。反之,智能机器人的发展需求也促使人工智能的技术提高与发展。人工智能可以说是智能机器人的支撑和保障,是其灵魂。一个机器人的智能化水平越高,它就越灵活,能做更多的事情。

  智能机器人的基本目标可以说有三个方面:使机器具有类似生物的智能;使机器表现出类似生物的智能行为;拥有机器思维。这三个方面是递进关系。

  人类有关用机器模拟人类智能的思想可以追溯到很久以前,甚至可以追溯到公元前4世纪的亚里士多德时代。然而作为一门学科,人工智能诞生于1956年的Dartmouth夏季会议,也就是说人工智能从1956年学科诞生到现在才过了半个多世纪的时间。

  总的来看,人工智能经历了四个大的发展阶段,第一个阶段叫弱方法时代,这个时候的人工智能算法只能解决通用问题的求解,定理的证明,编写游戏程序或者机器翻译。第二个阶段是知识处理时代,开始利用人的经验和知识。第三个阶段是特征处理时代,能够进行特征提取,统计学习和优化处理。第四个阶段是数据处理时代,能够直接从数据中总结规律,总结知识,即深度学习。

  进入21世纪以来,随着云计算、大数据、脑科学、认知科学等的综合进步给人工智能创造了极好的发展环境,使人工智能进入了一个迅速发展的阶段。像人机大战、人脸识别、语音识别、智能搜索、机器人等领域纷纷出现了具有划时代意义的、里程碑式的人工智能成果。

  从智能的表现形式来看,人工智能又可以分为计算智能、感知智能和认知智能。计算智能主要指快速计算和记忆存储的能力,比较典型的代表就是IBM研制的深蓝计算机。第二个感知智能主要是指视觉、听觉、触觉等的感知能力,自动驾驶汽车的很大一部分技术属于这一块。第三个是认知智能,就是能理解,会思考的能力,也就是思维能力,人类有语言才有概念,才有推理,所以概念、意识、观念等都是人类认知能力的表现,这也使人类明显区别于动物。认知智能是目前机器与人类差距最大的领域,机器学会推理和决策现在还是非常困难的。

  目前认知智能研究主要有传统和仿生两个流派,传统派主要指希望依靠知识工程,或者通过知识图谱给大量信息加注标签的方式进行量的堆集,用量变触动质变,实现真正的语义理解和认知智能,比较有代表的就是IBM的沃森。仿生派希望参照人类大脑这一唯一的真正智能,先研究人类大脑本身的运作机理,了解人类大脑神经元的结构,再通过人工神经网络进行规模、结构和机理上的模拟,通过仿生学思路实现人工智能,这一领域可能比较通俗的说法就叫类脑计算,就是通过模仿人和动物的大脑运行机制,来研究人工智能的方法。

  现在自主移动式智能机器人对环境的认知能力还远没有达到人和动物的水平,借鉴和模拟人和动物的环境认知机制,构建自主移动机器人的环境认知模型,进而研究其导航方法,已成为智能移动机器人研究中的一大热点问题。

第三讲 中国连续两年成为机器人最大消费国

  智能机器人产业的迅猛发展,已引起世界各国的高度重视,很多国家和地区都将其视为应对新一轮科技革命和产业变革的主导产业,譬如美国发布《机器人技术路线图:从互联网到机器人》,欧盟启动“SPARC”机器人重大项目,日本发布了《机器人新战略》。

  中国也不甘落后,近几年连续出台了一系列促进智能机器人产业发展的规划,力争走在世界最前列。其中,《机器人产业发展规划(2016-2020年)》重点解决产业存在的一些问题,首先是机器人产业链关键环节缺失,零部件中高精度减速器,伺服电机和控制器等依赖进口,核心技术创新能力薄弱,高端产品质量可靠性低,机器人推广应用难,市场占有率亟待提高。另外,企业小、散、弱问题突出,产业竞争力缺乏,机器人标准检测认证等体系亟待健全。针对这些问题要采取的措施,首先是推进率先突破的重点领域和重大标志性的产品,主要是聚焦智能生产、智能物流,攻克工业机器人关键技术,提升可操作性和可维护性,重点发展焊接机器人,真空机器人,全自主编程智能工业机器人,人机协作机器人,双臂机器人,重载AGV等六种标志性工业机器人产品,引导我国工业机器人向中高端发展。

  北京市作为国家的科技创新中心,更是将智能机器人视为高精尖创新中心建设的支柱产业,并出台了一系列政策保驾护航,力争到2025年建成全球新兴的机器人产业创新中心。截止2018年底,北京市机器人企业数量已超过400家,其中生产制造业企业50余家,全产业收入达到100亿元左右。截止2021年,北京将培育形成三个以上产业创新平台,培育3-5家细分领域龙头企业,机器人及相关产业收入将达到120亿元。

  从国家层面来看,截止到2019年6月,全国机器人相关企业数量已经达到一万家,这个数量非常惊人,国内机器人产业园已经有60多个,中国机器人市场规模持续增长,已连续两年坐上世界机器人最大消费国的宝座,市场前景非常广阔。

  机器人将会给人类带来哪些威胁?

  机器人的发展非常迅速,它给人类带来很多便利的同时,也难免会带来一些问题。其中最让人担心的莫过于入侵人类职业,取代人类的劳动。世界级的人工智能专家、美国斯坦福大学的研究员维威克·沃德瓦讲,人类工作将在20年内不复存在,到2036年机器人和人工智能将淘汰所有人类工人。

  机器人入侵人类工作的顺序是这样的:首先取代的是操作类的工作,像工人、农民、售票员、司机、清洁工等。接着是手术医生、动画师、诉讼律师等这些介于操作类和索引类之间的职位。接下来是教师、咨询师、裁判、顾问等这些索引类和咨询类的工作岗位。再往后是创造类的,像发明家、产品经理、编剧、艺术家、作家、设计师等等。实际上,现在机器人写诗已经写得非常好了。

  最后被取代的是谁?是管理者、立法者和商人。虽然这些人的工作现在机器人还干不了,但随着机器人智能的发展, 这些岗位被取代也是可以实现的。

  智能机器人对人类的安全威胁不容忽视。《金融时报》称,2015年7月2日,德国大众汽车制造厂发生一起“机器人杀人事件”,这个员工当时正在调试机器人,后来机器人突然“出手”撞击工人胸部,致其当场死亡。从这个事件来看好像是一个事故,但是将来难免会出现人类对机器人的工作过程估计不足,安全性措施不到位出现失控的情况。微软创始人比尔盖茨,英国科学家史帝芬·霍金,还有美国的科技狂人埃隆·马斯克等,都提出了一些灾难性的预测:不久的将来人工智能将会全面超越人类的智慧,甚至会反过来控制或毁灭人类。埃隆·马斯克更是称,人工智能比核武器还危险,人类可能会招来人工智能魔鬼。

  如果真的有一天,机器人的能力超过了人类,它们的逻辑思维也超过了人类,人类有没有一些除了规则之外的防范措施呢?其实,人在设计这种智能机器人的时候,或者叫无人操控系统的时候,就是要承担这样的一个安全防护的责任,要充分评估它的安全性,能够预估到它的情况。

  目前科学家对于生物智能的理解,还处于一个比较初步的阶段,对人类为什么会有情感这回事,还没有搞清楚。将来机器人是否能够自我复制也是一个值得研究的问题,有可能机器人到了一定程度就不用人类控制了,人家自己去造一个更高级的机器人出来,这样的情况会怎么样?科学家维威克预测到2050年机器人能够超越人类智能的时候,人类是不是还能去操控机器人呢?

第四讲 智能机器人的发展需要伦理予以规范

  大家知道有一个机器人设计三原则,这个原则是1940年科幻作家阿西莫夫提出的,其中:第一条是机器人不得伤害人类;第二条机器人必须服从人类的命令,除非这条命令与第一条相矛盾;第三条是机器人必须保护自己,除非这种保护与以上两条相矛盾。从这个准则来看,它主要是从怎么保护我们人类这个方面来定的。机器人设计三原则提出来以后,不断地被科幻作家和导演使用。有趣的是,凡是使用过这个三原则的电影和小说里面,机器人几乎都违反了本条例,最终成为伤害人类的工具。机器人设计三原则是为了保护我们人类而对机器人做出的一个规定,这对机器人实际上是不公平的,它不适合人机共融社会的发展。因此为了公平应该从机器人和人类两个方面制定更加完备合理的法则。

  现在世界各国家都在积极地筹措成立伦理委员会,实际上就是力求去评估这方面的风险,而使得这种技术的发展能够规范、有序,有利于我们人类的发展方向去发展。中国也非常重视这方面的伦理问题的研究,出台了一系列的政策,以其促进各个层面伦理的研究和规范组织的建设,加强对有关研究的管理和监督。

  机器人的迅速发展,也有人非常乐观,认为人工智能只是人类智能的高级科学技术工具之一,因为人类一直在寻求各种高效的工具,使自己从劳动中解放出来,人工智能的发展意味着人类工具手段的进步。

  任何科学技术的发展总是有两面性的,既可以造福人类,又可以伤害甚至毁灭人类。比如原子核技术,既可以用于发电,为人类提供能源,又可以用于制造核武器,毁灭人类。如果有一天核武器的管理失控,必然会伤害甚至毁灭人类。但这是人类自己的问题,而不是原子核技术的问题。机器人和人工智能系统的问题也是同理。

  不过,当人工智能系统和智能机器人在使用过程中出现危害和威胁人类的问题时,到底是由谁来负责?是由机器人系统和机器人来负责,还是由设计它、操控它、使用它的人来负责呢?这是值得好好思考的。

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