第19屆RoboCup機(jī)器人世界杯賽及學(xué)術(shù)大會(huì)7月在合肥成功舉辦。這是全球大規(guī)模機(jī)器人競賽中專業(yè)性最強(qiáng)、水平最高的賽事。應(yīng)邀在學(xué)術(shù)大會(huì)上做主旨演講的高文院士在接受采訪時(shí)指出，我國雖然在傳統(tǒng)機(jī)器人領(lǐng)域起步較晚，“但是新型機(jī)器人不見得落后”。我國在本屆世界杯上的出色表現(xiàn)有力地支持了高文院士的這一判斷。
我國機(jī)器人事業(yè)正進(jìn)入高速發(fā)展期，在此關(guān)鍵時(shí)刻舉辦機(jī)器人世界杯極大地提升了我國在本領(lǐng)域的國際影響力，同時(shí)也帶給我們一些有益的啟示?；趯?duì)機(jī)器人世界杯方方面面的觀察與思考，圍繞機(jī)器人領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，本文就兩個(gè)重點(diǎn)問題談一些粗淺認(rèn)識(shí)：一個(gè)是關(guān)于機(jī)器人研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式的基本判斷，另一個(gè)是關(guān)于消除科研與應(yīng)用相互脫節(jié)的具體途徑。
發(fā)展模式的創(chuàng)新：創(chuàng)新與創(chuàng)意有機(jī)結(jié)合
廣義的創(chuàng)新包含多種形態(tài)，“創(chuàng)意”也是其中的一種，但與典型的科技創(chuàng)新有根本性區(qū)別。當(dāng)前的“網(wǎng)絡(luò)時(shí)代”建立在“創(chuàng)意為主的發(fā)展模式”之上——電子郵件、微信、微博和電商等服務(wù)的研發(fā)與推廣，周期短、見效快，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，卻不需要長期的科技攻關(guān)和根本性的技術(shù)突破。但是，更早的“計(jì)算機(jī)時(shí)代”則大為不同，是建立在大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件等一系列本質(zhì)性技術(shù)突破的基礎(chǔ)之上的，屬于“創(chuàng)新為主的發(fā)展模式”。
那么，機(jī)器人時(shí)代的發(fā)展模式是什么？是延續(xù)“創(chuàng)意為主”，還是回歸“創(chuàng)新為主”，或者二者都不是？對(duì)這個(gè)問題的判斷將根本性地影響機(jī)器人時(shí)代的戰(zhàn)略抉擇。
回顧“RoboCup機(jī)器人世界杯及學(xué)術(shù)大會(huì)”的歷史，或許有助于我們找到答案。大會(huì)于1997年創(chuàng)立，參照“阿波羅登月”等國際重大科學(xué)工程，提出了一個(gè)50年的遠(yuǎn)景目標(biāo)：到2050年前后，自主機(jī)器人足球隊(duì)?wèi)?zhàn)勝人類足球的世界冠軍隊(duì)。這個(gè)目標(biāo)的真正含義不是要讓機(jī)器人與人對(duì)抗，而是要把機(jī)器人某些方面的能力發(fā)展到與人類相近的程度，從而能夠?yàn)槿祟愄峁┐蠓秶姆?wù)，完成一些以往只有人才能做到的事情。大賽最初只有“機(jī)器人足球”一個(gè)系列比賽，經(jīng)過不斷發(fā)展，2008年開始穩(wěn)定為五個(gè)大項(xiàng)：“機(jī)器人足球”重點(diǎn)關(guān)注機(jī)器人硬件和底層控制—感知技術(shù)，以及多機(jī)器人系統(tǒng)的合作與對(duì)抗；2003年增設(shè)了“救援機(jī)器人”系列，以災(zāi)難情況下幸存者搜救為主要目的，重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人在惡劣復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)、感知和控制技術(shù)；2006年起，增加了“服務(wù)機(jī)器人”系列，并從最初的一個(gè)大項(xiàng)迅速發(fā)展為本屆的四個(gè)大項(xiàng)，分別涉及家庭等環(huán)境中的個(gè)人服務(wù)機(jī)器人和智能裝配等應(yīng)用領(lǐng)域的專用服務(wù)機(jī)器人。
本屆大賽有不少新亮點(diǎn)。比如，中科大聯(lián)合國內(nèi)外高校，設(shè)立了“服務(wù)機(jī)器人精確測試”比賽項(xiàng)目，首次在實(shí)體機(jī)器人比賽中引進(jìn)自動(dòng)裁判系統(tǒng)，對(duì)服務(wù)機(jī)器人的行為和性能進(jìn)行精確的自動(dòng)測量和評(píng)價(jià)。再比如，首次對(duì)參賽機(jī)器人的硬件成本進(jìn)行了限制，成本過高的機(jī)器人不能參賽。從某種程度上說，這些新亮點(diǎn)代表了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的趨勢。“自動(dòng)裁判”的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越比賽本身，對(duì)于提升服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人的科研水平，以及未來這些種類機(jī)器人產(chǎn)品的自動(dòng)檢測，都具有重大意義。而限制參賽成本則有利于科研成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，也有利于改善國產(chǎn)機(jī)器人零部件的生存環(huán)境。中科大利用國產(chǎn)零部件研發(fā)的可佳低成本移動(dòng)平臺(tái)獲得該項(xiàng)比賽第一名，從一個(gè)側(cè)面證實(shí)了在服務(wù)機(jī)器人上使用國產(chǎn)零部件的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
上述發(fā)展軌跡表明，十余年來，大家對(duì)機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)注度持續(xù)升高，在本屆世界杯中表現(xiàn)尤為顯著，但50年的遠(yuǎn)景目標(biāo)仍然保持不變。在大部分比賽項(xiàng)目中，具有廣泛應(yīng)用背景的智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，始終是研究和測試的主體對(duì)象。
再回到最初的問題，筆者認(rèn)為，機(jī)器人應(yīng)用這種長期性、全球性態(tài)勢說明機(jī)器人時(shí)代將是一種創(chuàng)新與創(chuàng)意有機(jī)結(jié)合的發(fā)展模式，既需要?jiǎng)?chuàng)意新的服務(wù)功能和商業(yè)模式，也需要進(jìn)行根本性的科技創(chuàng)新。兩者不是簡單疊加，而是有機(jī)結(jié)合，這樣既能極大簡化復(fù)雜的應(yīng)用問題，同時(shí)以提升科技創(chuàng)新的效率和效果。
筆者得出這個(gè)判斷的根本依據(jù)是：機(jī)器人應(yīng)用所面臨的創(chuàng)新難度，很多情況下高于計(jì)算機(jī)應(yīng)用。我們知道，計(jì)算機(jī)得以普及的一個(gè)關(guān)鍵因素是“標(biāo)準(zhǔn)化”，這不僅意味著大量不同的計(jì)算機(jī)可以統(tǒng)一到一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”之下，更重要的是，意味著每一臺(tái)（普通）計(jì)算機(jī)的內(nèi)部運(yùn)作與其外部環(huán)境是無關(guān)的——計(jì)算機(jī)的運(yùn)作不需要考慮它的用戶和環(huán)境的不同。但是一般而言，這種“環(huán)境無關(guān)性”對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人以外的其他種類機(jī)器人是不成立的。面對(duì)一些普遍性的復(fù)雜應(yīng)用，機(jī)器人必須能夠適應(yīng)大量不同的、變化的人類環(huán)境，這是一項(xiàng)前所未有的重大科技挑戰(zhàn)。
上述判斷意味著，與當(dāng)前和以往的任何時(shí)代相比，機(jī)器人時(shí)代將非常不同——一個(gè)更加千姿百態(tài)、更加千變?nèi)f化的時(shí)代。不僅發(fā)展空間更加廣闊，而且“洗牌”的頻率和幅度將更快更大。在更長久的時(shí)空內(nèi)，新技術(shù)成果將源源不斷地轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品和新服務(wù)，帶來源源不斷的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。一次“勝者為王”將不再能一勞永逸，只有持續(xù)不斷地創(chuàng)新才能真正“立于不敗之地”。因此，局部的“短平快”和以創(chuàng)意為主的產(chǎn)品研發(fā)在一些情況下雖然仍然有效，但全局的“短平快”必將最終導(dǎo)致整體創(chuàng)新戰(zhàn)略的落空。
研用結(jié)合的突破：在真實(shí)或接近真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境中測試
簡單地說，“基于用例的測試”就是將機(jī)器人放到真實(shí)或接近真實(shí)的環(huán)境中，讓它們完成真實(shí)世界中存在的任務(wù)，通過對(duì)其完成度的檢驗(yàn)，測試參賽機(jī)器人的系統(tǒng)性能。比如服務(wù)機(jī)器人測試，就是看其在家庭環(huán)境中，是否能完成倒水等家務(wù)勞動(dòng)等任務(wù)；救災(zāi)機(jī)器人測試，就是看它們?cè)谀M的地震、爆炸、火災(zāi)等環(huán)境中，能否成功找到被困人員。
在RoboCup機(jī)器人世界杯中，各項(xiàng)比賽都采用這一評(píng)價(jià)方法。這些任務(wù)的完成情況，主要取決于相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)水平?；仡櫄v屆大賽，應(yīng)該說比賽應(yīng)用環(huán)境的設(shè)置正逐年向真實(shí)環(huán)境靠攏，任務(wù)的難度也逐年提高，越來越接近真實(shí)應(yīng)用。例如，本屆大賽中“家庭服務(wù)機(jī)器人”項(xiàng)目，包含大約10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測試，所有測試都在簡化的家庭環(huán)境，或者真實(shí)的超市、餐館中進(jìn)行。測試任務(wù)包括常規(guī)的室內(nèi)服務(wù)（如端茶倒水、清理房間）和緊急情況（如失火）下的人員救助。能否完成測試任務(wù)，涉及一些前沿技術(shù)的研發(fā)。比如“緊急救助”測試，要求機(jī)器人能夠?qū)τ脩舻淖藨B(tài)和行為進(jìn)行識(shí)別。這是國際機(jī)器人前沿研究中的一個(gè)新課題，目前還沒有成熟技術(shù)。
與學(xué)術(shù)論文中的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)相比，“基于用例的測試”有四個(gè)主要區(qū)別。第一，學(xué)術(shù)論文中的實(shí)驗(yàn)對(duì)象通常是某一個(gè)具體的方法、算法或理論模型等，而不是整機(jī)。第二，論文使用的測試數(shù)據(jù)通常是事先收集整理的，而不是直接在真實(shí)應(yīng)用場景中由機(jī)器人自身獲得的。第三，論文中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是由論文作者制定的，而“用例”的設(shè)計(jì)是由第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)經(jīng)過專門研究制定的。這在RoboCup機(jī)器人世界杯各個(gè)項(xiàng)目的比賽中表現(xiàn)為一套詳盡的規(guī)則。第四，相對(duì)于論文評(píng)審和項(xiàng)目驗(yàn)收等傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方式而言，成果評(píng)價(jià)的客觀性得到了有效的提高。
歸結(jié)起來，“基于用例的測試”是依據(jù)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)制定的統(tǒng)一的測試準(zhǔn)則，在真實(shí)或接近真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境中，測試真實(shí)用戶任務(wù)的完成情況，對(duì)機(jī)器人整機(jī)進(jìn)行客觀的大規(guī)模對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
近年來，國家自然科學(xué)基金委組織的智能車大賽、美國國防部高級(jí)計(jì)劃局組織的無人車沙漠越野賽和機(jī)器人挑戰(zhàn)賽等，都采用這種方式作為成果評(píng)價(jià)體系，并取得了顯著效果。這種測試方法也是國外許多機(jī)器人公司的選擇。在本屆機(jī)器人世界杯產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上，德國庫卡機(jī)器人公司研發(fā)總監(jiān)、歐洲機(jī)器人聯(lián)合會(huì)副主席比斯喬夫介紹了庫卡公司將“基于用例的測試”作為創(chuàng)新研發(fā)重要手段的做法和意義。目前全球最大的服務(wù)機(jī)器人廠商Aldebaran，是另一個(gè)“基于用例的測試”的受益者。該公司為RoboCup機(jī)器人世界杯“標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)組”提供硬件平臺(tái)，根據(jù)參賽隊(duì)連續(xù)多年的測試結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)，大大加快了產(chǎn)品研發(fā)與推廣。
長期以來，科研與應(yīng)用之間的嚴(yán)重脫節(jié)是我國科技成果轉(zhuǎn)化的“老大難”，嚴(yán)重阻礙了國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的有效實(shí)施。在機(jī)器人研究現(xiàn)階段，在我國現(xiàn)有科研評(píng)價(jià)體系下，論文中的科研成果絕大多數(shù)與實(shí)際應(yīng)用之間存在很大距離，需要漫長的轉(zhuǎn)化過程?？墒?，這個(gè)關(guān)鍵過程在國內(nèi)幾乎無人問津，已成為我國科研成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化的最大瓶頸之一。
“基于用例的測試”是科研成果（包括論文和專利成果）向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的一條快車道。經(jīng)過“基于用例的測試”所獲得的成果，與論文中的成果相比，大大縮短了與實(shí)際應(yīng)用之間的距離，轉(zhuǎn)化難度和轉(zhuǎn)化所需的投入都大大降低了。筆者建議，在機(jī)器人及相關(guān)領(lǐng)域中更大范圍、更大力度地開展“基于用例的測試”，并在科研評(píng)價(jià)體系中設(shè)置相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，作為論文和專利兩個(gè)傳統(tǒng)指標(biāo)的重要補(bǔ)充。同時(shí)，可以此為切入點(diǎn)，嘗試突破成果轉(zhuǎn)化瓶頸的新途徑。相信這對(duì)于落實(shí)國家機(jī)器人創(chuàng)新戰(zhàn)略，將是一種有益的探索。
?。ū疚淖髡哧愋∑綖橹袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)教授，第19屆RoboCup機(jī)器人世界杯及學(xué)術(shù)大會(huì)總主席）
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