服务机器人能为智慧城市做什么?

|热点专题 作者:腾讯研究院 2021-07-09
                  

 

​作者

徐一平   腾讯研究院高级研究员
董怀文   腾讯研究院助理研究员
 

提到“服务机器人”,你脑海中第一个画面是什么? 是短视频中与宠物斗志斗勇的扫地机器人,还是在疫情期间穿梭酒店实现无接触配送的物流机器人? 其实,机器人的价值早已不仅限于此。

2017 年,美国佛吉尼亚州就为机器人提供了与行人等同的路权 。 国际机器人联合会(IFR)判断,2021年服务机器人的市场规模将达到130亿美元。 我们认为: 服务机器人是智慧城市新蓝海。 作为一种具备完整连接计算能力、突破时空限制的城市新单元,并引发城市发展模式和人类生活方式的新探索。

国际机器人联合会(IFR)将机器人分为工业机器人和服务机器人。 本文聚焦智慧城市的重点场景中的服务机器人,应用场景覆盖政务、交通、安防、娱乐和服务等。

 

连通虚实: 全真时代的智能执行体

全面数字化已经来临,世界将进入物理与数字空间紧密结合的全真互联网时代。 全真世界有四个关键技术点: 现实虚拟化、虚拟真实化、全息互联网、智能执行体。

机器人正是连接物理空间和数字空间的智能执行体之一。 机器人拥有“感知、互联、计算、交互”四大特征,使其可以建立人、环境和机器人三者的互联机制,促进城市治理、服务、生活数字化水平的提升。

图表1 机器人作为智能执行体四个特征,实现人-环境-机器人互动的三大功能
来源: 腾讯研究院

(一)四大特征

1.感知

机器人是全面感知信息的终端,一定程度上突破时空限制,通过对环境信息的采集,用数据建立物理空间、社会空间的数字化模型。 机器人可以通过多模态的感知方式,如架设传感器、雷达、摄像头等,对物理环境中各形态的物质及光、声、热的信息进行全方位捕捉。 此外,机器人还是移动的感知终端,可以在海陆空三域活动,进入人类、其他设备难以接近的空间。

机器人3D视觉的发展,使其能够获取现实三维场景完整的几何信息,利用带有深度信息的图像来实现对于场景的精准数字化,从而实现高精度的识别、定位、重建、场景理解等功能。

2.互联

在收集环境的数据和自身运行的数据后,机器人可以将数据实时上传至云端,从各个维度提供城市运作的动态规律。

3.计算

机器人通过人工智能算法获得计算和决策的能力,不断学习新的数据完善算法,提升准确率,并通过安装新算法、新模型完成功能迭代升级。

4.交互

除了对周围环境进行感知,机器人还通过对人类手势、语音、表情的捕捉识别需求,进行智能交互,并实现如人机共驾的合作模式。

(二)三大功能

1.城市服务的入口

线下服务在工作时间和地理位置上都有很多的限制,机器人作为人与数字空间连接的入口之一,即时响应各种需求。 机器人还可以通过数据、感知自发识别需求,提高城市服务的智能化水平。

2.远程操作的载体

机器人能够打破物理空间的约束,在不需要人作为媒介的情况下与物交互,从而代替人类完成复杂、繁琐、危险的任务。 在远程呈现、VR、AR等技术的加持下,机器人将一个空间的人或物的虚拟形象投射到另一个空间,创造远程监控临场感,提高远程工作、人机合作的效率。

3.群体智能的单元

机器人之间可以通过互联网和局域网共享数据,也可以在近距离通过传感器交换数据实现相互协作。 在传感器因环境噪音或活动范围过大而受到影响时,机器人运用分布式强化学习和神经网络实现空间自主划分,或是学习响应不同突发情况的规划算法,实现具有自组织性的群体智能。

                                           
全面赋能:服务机器人助力城市数字化升级

如今,智慧城市发展呈现出新的趋势: 从条块信息化转向全面数字化,从系统建设转向可持续运营。 社会(人)、物理、数字空间将全面融合,因此需要连接这三个空间的执行体完成智慧城市的新一轮升级。 这是服务机器人在智慧城市中的独特价值所在。

图表2 服务机器人通过连接三类空间,助推城市全面数字化转型升级

来源: 腾讯研究院

图表3 智慧城市发展趋势及服务机器人应用场景

来源: 腾讯研究院

全面数字化需要进行全方位的数字空间建设,机器人作为拥有全面感知和全真互联能力的执行体,能够帮助城市打通多时空、多尺度、多种类跨系统应用数据,最终在协同工作和自主控制的加持下,打破系统限制,让智慧城市的建设从各部件的单体智能过渡到群体智能,实现真正的全面化发展。

可持续运营要保证对物理空间的全面覆盖,并且需要24小时持续提供服务。 机器人在海陆空的活动范围满足全域感知的需求。 机器人有能力自主完成一个服务闭环,通过感知发现问题、通过互联报告问题、通过计算形成决策、通过执行解决问题。 这将大幅提升城市运行的即时性和连续性,满足全时响应的需求。 此外,可持续运营还强调对成本的控制。 物联网设备的铺设和运营成本较高。 机器人在使用和部署上更为灵活具体,做到按需分配,降低数据采集成本。

从应用场景上看,服务机器人有助于城市的品质提升和包容共享、绿色低碳、韧性安全和创新发展:

1.公共服务

首先,机器人可以为人们提供高质量的生活、娱乐服务。 以卡内基梅隆大学(CMU)的HARP实验室研发的服务员机器人为例,它们可以通过面部识别算法捕捉人们在社交活动中的不同反映并判断他们的需求,从而使城市中各项服务更为及时且人性化。

此外,在解决城市社会问题上,机器人还有助于提升数字时代的技术包容性和社会参与度,为特殊人群提供定制服务,一定程度助力弥合“数字鸿沟”。 Akara Robotics公司研发的老人看护机器人Stevie具有社交辅助功能,能玩游戏、递东西、联网接通视频聊天、识别求助信息,并通过语言、手势和头部运动回应,消除老人的孤独感,及时发现特殊情况,同时填补护理人员的缺口。

2.环境保护

机器人可以高效完成繁复持续的环保等工作,以达成城市绿色低碳的可持续发展目标。 谷歌机器人实验室在2019年研发了一款办公室垃圾自动分类机器人。 机器人利用标注好的数据,在云端的虚拟办公室训练垃圾分类。 这将改善人工分类不自觉、不准确的问题。

3.应急救灾

在加强城市韧性上,机器人在安防和救援等任务中有更敏捷、更稳定的表现,让人类无须涉险。 2020年4月,内蒙古消防救援总队由消防机器人组成的“利刃编队”正式投入使用。 由7台灭火侦察机器人、2架灭火侦察无人机、1台运输车组成。 消防机器人可以实现互联网数据远程传输,空地协同进行灭火,提高灭火效率,减少消防人员伤亡。 2017年,CMU仿生机器人实验室研发的蛇形机器人被用于搜寻墨西哥城地震的幸存者。 机器人的主体由16个模块组成,头部安装了照明装备和摄像头。 它可以进入废墟中人类无法进入的狭窄空间。 未来,蛇形机器人将配备传感器来检测瓦砾中的气体泄漏情况,还可以用于管道中、水下的故障排查。

4.创新发展

机器人在科研创新方面也有多种应用。 英国利物浦大学的科学家研制了一款机器人化学家,可以全天候轻松检测上千个样本,并且在环境恶劣或需要使用有毒物质的情况下工作,让实验员远离风险。 研究人员认为,疫情和气候等问题的研究需要国际合作。 他们接下来的目标是让世界各地都拥有这样的机器人,并用一个集中的大脑连接起来。

 

未来可期: 城市服务机器人的起步与探索

图表4 城市服务机器人: 现有实践及发展空间

来源: 腾讯研究院

(一)四轮驱动加速新场景、新产品

在政策、市场、社会需求和技术四轮驱动下,加之新冠疫情催生了无接触配送、社交距离监控、消毒机器人等众多新需求,种类、功能、形态繁多的服务机器人在智慧城市场景的应用已经成为新的趋势。

从政策趋势看,各国政府、国际组织和行业协会等已经开始积极关注城市场景下机器人的法律和伦理问题。 在2017年,美国的弗吉尼亚州等州已立法允许机器人在人行道上运行,并享有适用于行人的所有权利和责任。 联合国下属科学知识和科技伦理世界委员会(COMEST)发布《机器人伦理初步报告草案》,关注机器人如何遵守人类社会的伦理规范,IEEE也发表过相关建议。

从市场动向看,服务类机器人市场蓬勃发展,成为投资新热点。 IFR报告显示,2019年全球服务机器人的市场规模94.6亿美元,同比增长14.1%,2021年将达到130亿美元。 以亚马逊、谷歌为代表的国际科技巨头通过研发、投资等方式强化服务机器人布局。 例如,亚马逊的配送机器人Scout使用传感器在社区内安全导航。 谷歌正在研发的环保机器人运用机器学习算法实现垃圾分类回收。

从社会需求看,社会年龄结构的变化和人机互动方式升级为智慧城市服务模式提出新要求。 为应对日本老龄化严重但居家看护劳动力不足的问题,2020年,日本人工智能公司Preferred Networks 与丰田合作开发护理机器人,在家中和医疗保健机构为老年人服务。 此外,家庭社交类机器人更进一步密切了与人类的情感互动,麻省理工学院的MIT Media Lab为小朋友研制了陪伴型机器人作为宠物。 可以想见未来城市的思维模式将带动全面创新。

从技术突破看,机器人的本体设计、形态、感知、运动规划和控制在技术的推动下向更加智能化、多样化、实用化的方向发展。 首先,软体材料等仿生材料使机器人与人交互的安全性和对环境的适应能力得到改善; 其次,全真互联网时代来临,5G、多模态感知的IOT平台等新一代ICT技术为感知定位提供底层技术支撑; 最后,图像识别、运动控制算法等人工智能重要领域取得突破,为机器人赋予了更加智慧的“头脑”,增强其运动规划和控制水平向类人化演进。

(二)四重挑战激发新认知、新方向

不过目前,智能服务机器人在智慧城市中的布局还处于一个充满挑战的起步阶段。

在政策和城市规划上,机器人和人工智能的相关法律法规尚未形成体系,城市中的数字基础设施还不完备,难以为机器人的大面积使用提供运营和管理上的支持。 在感知层,城市仍缺少价格低廉且广泛布设的物联传感系统; 在定位层,5G网络全面布设仍需时日,使得高精度和低延迟的自动驾驶环境还未完全来临。 而传统的基础设施,如道路、建筑物等,在设计之初并没有考虑与机器人的适配。 如耐火性极强的消防机器人可能因为无法进入狭窄的楼道而束手无策。

在市场和社会环境上,服务机器人行业的商业模式有待厘清,需明确市场定位,破解低端同质化的困局; 随着机器人智能水平的提高,伦理争议不可避免,要警惕潜在的社会问题,人对机器人的接纳程度也需要正确的引导。

在技术上,机器人智能化技术尚未成熟,如能否灵活感知复杂的交通情况、传感器的敏捷度与准确性不足等。 机器人的能耗问题、与人交互时的安全问题,仍然是学术界热门的研究课题。

因此,如何让服务机器人在智慧城市中充分发挥作用仍在探索阶段。 技术虽为核心,政策的制定、商业模式的探索、基础设施的革新、管理理念的创新缺一不可。

作为一种具备完整连接计算能力、突破时空限制的智能执行体,智能服务机器人在智慧城市中的应用有望引发城市发展模式和人类生活方式的颠覆性思考。 可以想见: 服务机器人作为虚实结合的智能执行体可以锻造很多新场景,甚至实现从人体血管到市政管网、到外太空的全场景适应。 最终基于全面数字化的城市孪生空间、定位感知和数据中台赋能,打通系统限制,协同工作,自主控制,实现群体智能。  

 

参考文献:

[1]The Complete List Of UnicornCompanies. CBInsights. (2021). https://www.cbinsights.com/research-unicorn-companies. 

[2]Dailymail.com, M. T. F.(2019, November 26). Google announces it has taught robots to separate recycling and compostout of the office's trash . Daily Mail Online.https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-7715377/Google-announces-taught-robots-separate-recycling-compost-offices-trash.html. 

[3]Gill, V. (2020, July 6). Robotic scientists will'speed up discovery'. BBC News. https://www.bbc.com/news/science-environment-53029854. 

[4]GovTech. (2021, April 23). Virginia Governor Signs Billto Allow Autonomous Delivery Robots. GovTech.https://www.govtech.com/fs/virginia-governor-signs-bill-to-allow-autonomous-delivery-robots.html. 

[5]Group Overview ' PersonalRobots. MITMedia Lab. (n.d.). https://www.media.mit.edu/groups/personal-robots/overview/. 

[6]How Japan Uses AI andRobotics to Solve Social Issues and Achieve Economic Growth. Harvard Business Review.(2020, February 13). https://hbr.org/sponsored/2020/02/how-japan-uses-ai-and-robotics-to-solve-social-issues-and-achieve-economic-growth. 

[7]Purtill, C. (2019, October4). The Robot That Could Changethe Senior Care Industry. Time. https://time.com/longform/senior-care-robot/. 

[8]Research. HARP Lab - Human And RobotPartners Lab. (2021). http://harp.ri.cmu.edu/research/. 

[9]University, C. M. (2017). Carnegie Mellon Snake RobotUsed in Search for Mexico Quake Survivors.https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2017/september/snakebot-mexico.html. 

[10]腾讯新闻.下一个风口? 马化腾口中的"全真互联网"到底是什么? https://new.qq.com/rain/a/20210319A04IPR00.

[11]中国电子学会. (2019). (rep.). 2019年中国机器人产业发展报告. 

[12]澎湃新闻. (2020). 内蒙古消防救援首支机器人编队投入使用.https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_7578782. 

[13]腾讯研究院. (2018). 十项建议解读欧盟人工智能立法新趋势. https://cloud.tencent.com/developer/article/1033900. 

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