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人類與數控車床加工機器人在一起相處的時代
2018-07-07

數控車床加工機器人將成為下一個重要的產業,這是比爾?蓋茨在十幾年前就做了預測的。 
  雖然數控車床加工機器人在科幻電影里早就出現,但是在數控車床加工機器人開始研發的階段,大部分是把用于工業自動化的“機器手”叫做數控車床加工機器人,例如在汽車工業里的車輛自動裝配生產線。 
  真正“類似于人”的數控車床加工機器人(或叫“人形數控車床加工機器人”),直到最近幾年才引起廣泛議論。這是因為隨著智能手機、智能硬件研發的迅猛發展,通信技術、半導體芯片、軟件、人工智能、視頻技術、傳感器技術的飛速進步,給“人形數控車床加工機器人”的誕生及產業化奠定了扎實的基礎。 
  數控車床加工機器人技術正在快速發展 
  讓我們回顧一下20世紀發展起來的制造業“批量生產”方法,即通過具備各種工具和機器的工廠,大量生產一模一樣的某個產品。 
  開始的時候,這些機器都是需要人來操作的“笨”機器。但是到后來出現了計算機之后,情況就發生了變化。這給人們帶來了新的機會,可以把機器變得“聰明”起來,可以按照人們的要求編制程序,來完成各種各樣繁雜的任務,也可以完成小批量定制化生產。20世紀60年代之后,這樣的數控機床或者是工業數控車床加工機器人,在大型工廠的流水線上得到了廣泛應用。 
  按照統計數據,目前全球大概有150萬臺這樣的工業數控車床加工機器人,到2017年底可達到200萬臺深圳cnc加工而對于精確的追求,必然反過來提高標準的精度。這些工業數控車床加工機器人可以幫助企業流水線裝配汽車或電子產品、在車間和倉庫搬運物品、幫助醫生做外科手術等等。它們可以工作于人類不能適應的環境中,大大解放了勞動力。 
  機器人如果用到了家里,它將不光像現在已經商品化的數控車床加工機器人這么簡單,而會發揮更多的為人服務作用。我們需要把機器人提升到具有情感的級別,做到與機器人更通暢的溝通和交流。例如,在工廠里的數控車床加工機器人只需與產品打交道,“一心一意”完成單個任務就完了;而在家里的機器人,則需要隨時與人打交道、隨時響應人的需求。 
  日本研究數控車床加工機器人專業的教授莫里,在20世紀70年代就已經發現,數控車床加工機器人的外形不能像一部冷冰冰的機器或者一部設備,要做得盡可能像人,才會使人感到有親切感。這就首先需要我們用硬件給它做個頭、會移動的雙腳、手臂。 
  很大的挑戰是怎么樣讓一個人形數控車床加工機器人能夠很穩定地走路、走樓梯、像人那樣奔跑,甚至超過人,比如爬上完全垂直的墻面或柵欄,或者立定一跳就可彈跳到屋頂上。這需要給數控車床加工機器人裝上一個傳感器陣列,它能持續地測量數控車床加工機器人身上部件的方向和移動。也需要實時讀出和處理這些傳感器所收集的數據,持續調整伺服電機,以保持所需的平衡,不至于倒下。要達到這些要求,需要非常先進的低成本、低功耗半導體芯片,低成本的精密移動傳感器,以及先進的算法和具有人工智能的語音識別和視覺識別技術。例如,美國一家公司發明了一種“推不倒”的算法,傳送至Atlas人形數控車床加工機器人,數控車床加工機器人可以靈巧地平衡,甚至你如果故意推倒它,它也可以借助協調能力驚人的雙足立刻穩定平衡。 
  這幾年來,國外已經開發了許多種“開源硬件”平臺,讓開發者在這個平臺上進行二次開發數控車床加工機器人。這些平臺提供了大部分人形數控車床加工機器人的硬件部件,可以直接從網上下載源代碼,然后找臺3D打印機把這些部件打印出來,最后把這些部件組裝成一個數控車床加工機器人。 
  另一方面,人是有血有肉、有意識、有感情的動物,光外形類似還是遠遠不夠的,這就需要用到人工智能。人工智能已經研究了很多年,最近發生的“人機大戰”,谷歌公司開發的AlphaGo使用的其實就是一個人工設計的算法。對于圍棋來說,有10的360次方的可能的下棋盤面,每下一個棋子,要從這么多的可能性中選出“最優的”一種,如果用目前最高水準的電腦去窮舉運算的話,幾億年都算不完、選不出最優的棋子。所以目前已經開發了不少的“啟發式”算法,這種算法可以大大減少運算時間,但是運算的準確度卻不能達到100%準確。 
  類似這樣的人工智能,除了用于下棋,更多用于醫藥診斷、金融貿易、法律、科學計算、玩具及各種應用軟件App等。今年3月,世界四大會計師事務所之一的德勤宣布,將人工智能引入會計、稅務、審計等工作中,代替人類閱讀合同和文件。這也是一種人工智能的新的應用。但是,使用人工智能來進行數控車床加工機器人的圖像識別、語音識別等,卻是最恰當不過的了。 
  人形數控車床加工機器人需要能夠識別人的自然語言,才能與人進行交流。但這不是一件簡單的任務。20世紀90年代,研究者研發的自然語言識別算法,識別率不超過70%。一直到2012年左右,隨著云計算、大數據技術的出現,才使識別率有了新的突破,達到了93%以上。這里面起作用的還有一個關鍵技術,那就是“深度學習”,這可以讓電腦通過大數據自己訓練,數據越多就會訓練得越準確,識別率越高。根據專家預計,再過3年,識別率可以達到97%。 
  要做一個類似人的人形數控車床加工機器人,還需要“人工情感”和“人工意識”。加強這兩個領域的研究,既會進一步推動“人工智能”發展,又能做成一個更高端、更接近人類、更具有人性的數控車床加工機器人。 
  要讓數控車床加工機器人做到能與人類進行情感交流,要能先進行“情感識別”,理解人類情感的身體表現。人的情緒很多體現在面部表情上,面部肌肉、眼睛、鼻子等都會表達一個人的激動、懷疑、愉悅、痛苦、失望等等感情;聲音語調也是一個重要的表達。如一個人在憤怒時,聲調會大大提升且變得緊張;人的姿勢和舉止也可以反映出人的情感狀態。把這些都建成數學模型,用算法編制好程序,通過處理器的實時運算,反饋到數控車床加工機器人的外表并顯示出來。 
  數控車床加工機器人的研發和發展要比我們想象的要快。它不是僅僅跟著智能硬件或者人工智能的發展而同步發展。目前,阿里巴巴、軟銀、鴻海、谷歌等公司都已經投入巨資研發“人形數控車床加工機器人”。 
  數控車床加工機器人技術需要在三個領域得到突破――機械動作、認知和思考、傳感識別深圳五金加工對加工精度相對要求較高。兩年前,日本軟銀發布了世界上第一臺帶情感的數控車床加工機器人Pepper,是一個重大突破。這個身高1米21的Pepper很有意思,它可以認識家人、教英文、寫日記、唱歌、跳舞、說話、玩游戲、變魔術,甚至還能算命。Pepper在一分鐘內就售出了1000臺,可見受到了用戶極大歡迎。但是,Pepper還有很多不滿足,它能認識的人不超過10個,它不能搬重物、不能走樓梯,還不能掃地、做家務。它也沒有雙足,底部只是一個裝有輪子、能360度旋轉的盤子。 
  那種接近人類的會雙足走路、會奔跑、會走樓梯、會做家務、會思考、會工作、會玩樂、有情感、會與人交流的人形數控車床加工機器人,預料在2030年前后會出現在我們中間,我們可以在商場里挑選,像買部汽車那樣買到這樣的“產品”。這種數控車床加工機器人有個頭、有兩個手、兩腳或4個腳。數控車床加工機器人可以幫助你看病,幫助你駕車,幫助你購物、取快遞、扛重物,幫助你燒飯煮菜,幫助你清掃房間、幫助照顧老人和小孩。 
  人類該怎么樣與數控車床加工機器人相處? 
  從數控車床加工機器人得到的經濟效益是非常明顯的,但更重要的是對人類心理上構成的影響。人類在地球上已經存在了很久很久,并認為是這個地球上最高級、最有智慧的物種。如果把人形數控車床加工機器人看作是又一個具有類人智慧的新物種,那么人類的心理上怎么接受?這將會是很困難的。 
  除了一系列涉及到社會上、心理上、經濟上的影響,還有法律上的問題。讓我們想一想,數控車床加工機器人的擁有者是不是需要在法律上對他的數控車床加工機器人的行為負責?如果不是,那么未來的數控車床加工機器人怎么樣來承擔責任?如果有人用刀把別人刺傷了,那么他就要受到法律制裁;但是如果用刀把一個數控車床加工機器人刺傷了,是算犯了很輕的過失,還是根本就不算犯罪呢? 
  有幾位寫數控車床加工機器人的科幻作家,曾提出過需要事先用編程方法來規范數控車床加工機器人的行為,不讓它作出損害人類的動作。這些虛擬的規則,有可能在未來變成現實。人類應該永遠是數控車床加工機器人的主人,他掌握著把數控車床加工機器人“打開”或者“關閉”的權利。他可以任意存取數控車床加工機器人的記憶(存儲器),也可以任何時候對數控車床加工機器人的“大腦”重新編程。 
  很明顯,現在階段我們想象到的數控車床加工機器人,就是一個為人服務的“奴隸”。但是,當到了能夠制造那種真正有感知和認知能力、有“思想”的數控車床加工機器人那一天,數控車床加工機器人的“奴隸”角色將會發生變化。到那一天,數控車床加工機器人不再光是個塑料、金屬或者硅芯片組成的殼子,還會有利用生物打印、人工合成生物、自組裝納米科技而制造的生命體。未來這種制造科技將不但用于人類的醫學,還將用于制造和修理人形數控車床加工機器人。 
  我們真的需要好好思考一下。過去的20年,我們所使用的電腦、網絡設備都還只是沒有知覺的機器,現在“智能化”、“智能硬件”的時代已經或者即將開啟,接下來的20年內,將會出現有認知和感知能力的人形數控車床加工機器人,數控車床加工機器人將具有越來越多的“人性”。數控車床加工機器人可以自我迭代、自我更新、自我學習、自我糾錯、自我成長。 
  這種創造自主行為的機器,一定意義上是自然界產生的帶智慧的新物種。這些數控車床加工機器人將與我們共存,在這個地球上與我們同居,它們將變成一個“人工合成”的新公民。我們將不僅僅“擁有”智能科技,而且還得學會與這些“公民”一起生活和工作。科幻電影的場景,快要來到我們每個人面前,我們該做哪些準備呢?

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五金加工機器人已逐步滲入到數控車床加工的各個領域

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