October 2016 Theme: 服务机器人
客座编辑导言: Fabrizio Lamberti, Gianluca Paravati, and Andrea Di Salvo

服务机器人早就迷住了好莱坞,很多机器人角色曾出现在科幻电影和电视剧中。例如,早在20世纪50年代,电影《禁星》中就出现过一个名叫罗比的机器仆人。五十年后,罗宾·威廉姆斯在《铁甲再生人》中扮演了一名室内家用机器人。在迪斯尼皮克斯2008年的《瓦力 E》,主角是一个垃圾打包机器人,爱上了一个环境探测机器人。

随着时间的推移,科幻与现实之间的距离已快速拉近。不久,服务机器人将帮助我们完成大部分日常任务,无论是在家里还是在办公室,包括旅游、购物等等。

今日计算2016年10月号概述传统和新兴服务机器人的应用概况以及相关的亮点研究方向。我们选择了六篇文章,希望能激发你对这一领域特别丰富的文献进行深入挖掘。

工业机器人还是服务机器人?

国际机器人联合会的定义,服务机器人“执行对人或设备(不含自动化应用)有用的任务。”换句话说,区分服务机器人和工业机器人不是靠硬件,而是预期应用。虽然服务机器人通常是移动,但也不必然如此,典型生产过程中使用的执行重复和高精度任务的固定机械操作臂,如果换到不同场景下,也可视为一种服务机器人。不足为奇的是,工业机器人之父Joe Engelberger也开展了服务机器人的早期实验,在20世纪90年代,他把一种叫做HelpMate的医疗用递送机器人实现了商业化。

区分工业机器人和服务机器人的另一种方法是自主程度:工业机器人大多是全自动的,服务机器人往往根据自主程度进行区分,有些服务机器人的自主程度甚至可以动态调整——从完全自主到远程操作。所谓“自主程度可调”,往往是因为这类服务机器人的预设应用场景特别宽广驳杂。

服务机器人可分为两大类:

  • 专业 机器人通常由有资质的操作员管理,执行商业任务,例如公共场所的清洁和巡逻,协助手术和灭火,在零售商店服务客户,或者在游乐园和博物馆中娱乐观众。
  • 个人 机器人往往供普通人用于家庭事务,典型例子是家庭和家人的仆人、宠物伴侣或移动助理。

并不平坦的商品化之路

尽管机器人的可能应用范围十分宽广,工业应用(尤其是在汽车和消费电子行业)一直占主导地位,2015年市场规模超过320亿美元,未来几年还会稳步增长。

硅谷机器人的数据,成功的服务机器人公司仍然为数不多。然而,服务机器人正渐入主流。超过1000万台iRobot Roombas吸尘机器人已经遍布全球的家庭和办公室,数量上远远超过了正在使用的150万台工业机器人。细分市场(例如国防、农业、物流和医学)发展也很快,人形佣工和售货亭机器人等专门领域从研发到商业化的转换虽然更难,但都仍然有望在未来数年内实现爆炸式增长。

该领域面临的挑战主要是实施自主行为时所需的环境感知、安全性和合规的程度。另一个难点是寻找合适的界面,使得不同类型的用户能够直观灵活地对机器人编程并与之互动。随着我们逐渐解决掉这些问题,人们也将逐渐学会相信我们的机器人助手,并把越来越多的琐碎的和重复性任务交给它们。

本期内容

在“遥在:让你无处不在(Telexistence: Enabling Humans to Be Virtually Ubiquitous)”中,Susumu Tachi描述了“遥在”概念的演化,它的意思是人类用户感觉到自己身处不同地方。该文介绍了几种解决方案,包括可以追溯到上世纪80年代就已部署的机器人化身和对回复反射投影技术的尝试,沉浸式头戴显示器,基于外骨骼和基于手跟踪的控制以及触觉反馈。作者认为,遥在技术日渐成熟,很快就能够传递大部分人体功能,以前从未可能的远程工作和远程操作将成为现实。

在“自主车的一种开放方法(An Open Approach to Autonomous Vehicles)”中,加藤晋平和他的同事认为,推动面向自主车的机器人方案发展的催化剂之一是开放资源的日益普及。文章综述了可用的软件平台(例如机器人操作系统Robot Operating System)、算法(用于对象检测跟踪、任务规划等等)以及可用于执行与下一代自主车有关任务的数据集,自动驾驶汽车是自主车最有名的例子之一。

下一篇文章“用于自动人道主义任务的异构车队(A Heterogeneous Fleet of Vehicles for Automated Humanitarian Missions)”讨论的是如何协调一群自主车来支持一个共同的目标。Pieter J. Mosterman和他的同事们展示了赛博物理系统如何帮助设计和验证复杂机器人方案,以满足未来对自动应急系统的需要。

在“对一种触摸为中心的与社交机器人舒缓互动的设计和评估(Design and Evaluation of a Touch-Centered Calming Interaction with a Social Robot)”中,Yasaman S. Sefidgar和她的同事们给出了一种全互动治疗机器人伴侣的设计。基于“人-动物”治疗原理,他们创造了一种能够有效降低使用者焦虑的机器动物。这种基于触摸的情感机器动物——他们称之为触觉生物(Haptic Creature)——能够根据受到的摩挲来调整自己的合成气息。参加使用调查的用户报告说实验后明显感觉更平静快乐。

“小学教育中使用基于教育机器人的学习系统对学生动机的影响(Impact of Using an Educational Robot-Based Learning System on Students’ Motivation in Elementary Education)”旨在提供有关机器人教学效果的可靠经验证据。作者Kay-Yi Chin、Zeng-Wei Hong和Yen-Lin Chen设计了一种用机器人行为增强数字内容的学习系统。学习过程中,使用人形机器人和班级交互:提问,邀请学生思考,回答正确时鼓掌。对小学生进行的一项研究结果表明,基于教育机器人的系统可以创建有趣的、引人入胜的学习体验,同时让教师有更多时间来帮助困难学生。

最后一篇文章“家用机器人图形指令(Graphical Instruction for Home Robots)”触及服务型机器人面临的最大挑战之一:人与机器人的互动。针对执行烹饪和叠衣等日常事务的机器人的控制问题,坂大辅和他的同事评估了不同类型的用户界面。他们的研究结果强调,交互设计对服务机器人在不久的将来可能取得成功将发挥关键作用。

视频透视

来自意大利大型固定和移动电信运营商TIM的Valeria D’Amico介绍了该公司的连接机器人应用实验室(CRAB)。

行业透视

随着服务机器人日渐出现在我们的生活中,机器人尖端硬件和软件的开发显然必不可少,同时,电信企业也有望扮演同等重要的角色。

本月行业透视视频中,来自意大利大型固定和移动电信运营商TIM的Valeria D’Amico介绍了该公司的连接机器人应用实验室(CRAB),它在云机器人领域很活跃。她描述了CRAB准备如何创建和验证能够支持在该领域部署下一代服务的平台。CRAB的试用和演示也为了解人们如何看待人类与机器人互动以及对该技术可能的接受程度提供了机会。

结论

考虑到服务机器人的各种应用机会和潜在用户的数量,以及约11.5%的年增长速度(某些领域,如移动平台,甚至高达150%),可以很容易地看到市场潜力并预测一个光明的未来。

我们希望本期今日计算能够展示这一领域进步发展的冰山一角,并点出未来几年需要解决的一些最重要的问题。

客座编辑

Fabrizio Lamberti是意大利都灵理工大学的副教授。他的研究兴趣包括计算智能、语义处理、分布式计算、人-计算机与人-机器人交互、计算机图形学和可视化。Lamberti是IEEE和IEEE计算机学会高级会员。他在国际同行评审期刊、杂志、书籍和会议论文集上发表论文120余篇。他目前担任IEEE Transactions on Emerging Topics in ComputingIEEE Consumer Electronics Magazine副主编。请访问他的个人网页http://staff.polito.it/fabrizio.lamberti或通过fabrizio.lamberti@polito.it和他联系。

Gianluca Paravati 是意大利都灵理工大学助理教授。他的研究兴趣包括图像处理、计算机图形学、虚拟和增强现实、人机交互、机器学习和可视化。Paravati是IEEE和IEEE计算机学会的高级会员。他还担任一些国际期刊和会议的编委和审稿人。请访问他的个人网页http://staff.polito.it/gianluca.paravati/或通过gianluca.paravati@polito.it与他联系。

Andrea Di Salvo是一位生态和交互设计师,拥有产品系统和设计学博士学位。他是意大利都灵理工大学建筑和设计系的研究员,并担任研究生课程“设计和视觉传达”兼职讲师。请通过andrea.disalvo@polito.it与他联系。