第19屆RoboCup機器人世界杯賽及學術大會7月在合肥成功舉辦。這是全球大規(guī)模機器人競賽中專業(yè)性最強、水平最高的賽事。應邀在學術大會上做主旨演講的高文院士在接受采訪時指出，我國雖然在傳統(tǒng)機器人領域起步較晚，“但是新型機器人不見得落后”。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。
我國機器人事業(yè)正進入高速發(fā)展期，在此關鍵時刻舉辦機器人世界杯極大地提升了我國在本領域的國際影響力，同時也帶給我們一些有益的啟示?；趯C器人世界杯方方面面的觀察與思考，圍繞機器人領域的科技創(chuàng)新，本文就兩個重點問題談一些粗淺認識：一個是關于機器人研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式的基本判斷，另一個是關于消除科研與應用相互脫節(jié)的具體途徑。
發(fā)展模式的創(chuàng)新：創(chuàng)新與創(chuàng)意有機結合
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。當前的“網(wǎng)絡時代”建立在“創(chuàng)意為主的發(fā)展模式”之上——電子郵件、微信、微博和電商等服務的研發(fā)與推廣，周期短、見效快，帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益，卻不需要長期的科技攻關和根本性的技術突破。但是，更早的“計算機時代”則大為不同，是建立在大規(guī)模集成電路和計算機系統(tǒng)軟件等一系列本質(zhì)性技術突破的基礎之上的，屬于“創(chuàng)新為主的發(fā)展模式”。
那么，機器人時代的發(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？對這個問題的判斷將根本性地影響機器人時代的戰(zhàn)略抉擇。
回顧“RoboCup機器人世界杯及學術大會”的歷史，或許有助于我們找到答案。大會于1997年創(chuàng)立，參照“阿波羅登月”等國際重大科學工程，提出了一個50年的遠景目標：到2050年前后，自主機器人足球隊戰(zhàn)勝人類足球的世界冠軍隊。這個目標的真正含義不是要讓機器人與人對抗，而是要把機器人某些方面的能力發(fā)展到與人類相近的程度，從而能夠為人類提供大范圍的服務，完成一些以往只有人才能做到的事情。大賽最初只有“機器人足球”一個系列比賽，經(jīng)過不斷發(fā)展，2008年開始穩(wěn)定為五個大項：“機器人足球”重點關注機器人硬件和底層控制—感知技術，以及多機器人系統(tǒng)的合作與對抗；2003年增設了“救援機器人”系列，以災難情況下幸存者搜救為主要目的，重點發(fā)展機器人在惡劣復雜環(huán)境中的運動、感知和控制技術；2006年起，增加了“服務機器人”系列，并從最初的一個大項迅速發(fā)展為本屆的四個大項，分別涉及家庭等環(huán)境中的個人服務機器人和智能裝配等應用領域的專用服務機器人。
本屆大賽有不少新亮點。比如，中科大聯(lián)合國內(nèi)外高校，設立了“服務機器人精確測試”比賽項目，首次在實體機器人比賽中引進自動裁判系統(tǒng)，對服務機器人的行為和性能進行精確的自動測量和評價。再比如，首次對參賽機器人的硬件成本進行了限制，成本過高的機器人不能參賽。從某種程度上說，這些新亮點代表了機器人產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的趨勢。“自動裁判”的價值遠遠超越比賽本身，對于提升服務機器人和特種機器人的科研水平，以及未來這些種類機器人產(chǎn)品的自動檢測，都具有重大意義。而限制參賽成本則有利于科研成果的應用轉(zhuǎn)化，也有利于改善國產(chǎn)機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)的可佳低成本移動平臺獲得該項比賽第一名，從一個側(cè)面證實了在服務機器人上使用國產(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，大家對機器人應用的關注度持續(xù)升高，在本屆世界杯中表現(xiàn)尤為顯著，但50年的遠景目標仍然保持不變。在大部分比賽項目中，具有廣泛應用背景的智能機器人關鍵技術，始終是研究和測試的主體對象。
再回到最初的問題，筆者認為，機器人應用這種長期性、全球性態(tài)勢說明機器人時代將是一種創(chuàng)新與創(chuàng)意有機結合的發(fā)展模式，既需要創(chuàng)意新的服務功能和商業(yè)模式，也需要進行根本性的科技創(chuàng)新。兩者不是簡單疊加，而是有機結合，這樣既能極大簡化復雜的應用問題，同時以提升科技創(chuàng)新的效率和效果。
筆者得出這個判斷的根本依據(jù)是：機器人應用所面臨的創(chuàng)新難度，很多情況下高于計算機應用。我們知道，計算機得以普及的一個關鍵因素是“標準化”，這不僅意味著大量不同的計算機可以統(tǒng)一到一個“標準”之下，更重要的是，意味著每一臺（普通）計算機的內(nèi)部運作與其外部環(huán)境是無關的——計算機的運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)境無關性”對傳統(tǒng)工業(yè)機器人以外的其他種類機器人是不成立的。面對一些普遍性的復雜應用，機器人必須能夠適應大量不同的、變化的人類環(huán)境，這是一項前所未有的重大科技挑戰(zhàn)。
上述判斷意味著，與當前和以往的任何時代相比，機器人時代將非常不同——一個更加千姿百態(tài)、更加千變?nèi)f化的時代。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。在更長久的時空內(nèi)，新技術成果將源源不斷地轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品和新服務，帶來源源不斷的新機遇和新挑戰(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”必將最終導致整體創(chuàng)新戰(zhàn)略的落空。
研用結合的突破：在真實或接近真實的應用環(huán)境中測試
簡單地說，“基于用例的測試”就是將機器人放到真實或接近真實的環(huán)境中，讓它們完成真實世界中存在的任務，通過對其完成度的檢驗，測試參賽機器人的系統(tǒng)性能。比如服務機器人測試，就是看其在家庭環(huán)境中，是否能完成倒水等家務勞動等任務；救災機器人測試，就是看它們在模擬的地震、爆炸、火災等環(huán)境中，能否成功找到被困人員。
在RoboCup機器人世界杯中，各項比賽都采用這一評價方法。這些任務的完成情況，主要取決于相關關鍵技術的研發(fā)水平。回顧歷屆大賽，應該說比賽應用環(huán)境的設置正逐年向真實環(huán)境靠攏，任務的難度也逐年提高，越來越接近真實應用。例如，本屆大賽中“家庭服務機器人”項目，包含大約10個標準測試，所有測試都在簡化的家庭環(huán)境，或者真實的超市、餐館中進行。測試任務包括常規(guī)的室內(nèi)服務（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，涉及一些前沿技術的研發(fā)。比如“緊急救助”測試，要求機器人能夠?qū)τ脩舻淖藨B(tài)和行為進行識別。這是國際機器人前沿研究中的一個新課題，目前還沒有成熟技術。
與學術論文中的傳統(tǒng)實驗評價相比，“基于用例的測試”有四個主要區(qū)別。第一，學術論文中的實驗對象通常是某一個具體的方法、算法或理論模型等，而不是整機。第二，論文使用的測試數(shù)據(jù)通常是事先收集整理的，而不是直接在真實應用場景中由機器人自身獲得的。第三，論文中的實驗設計是由論文作者制定的，而“用例”的設計是由第三方專業(yè)機構經(jīng)過專門研究制定的。這在RoboCup機器人世界杯各個項目的比賽中表現(xiàn)為一套詳盡的規(guī)則。第四，相對于論文評審和項目驗收等傳統(tǒng)評價方式而言，成果評價的客觀性得到了有效的提高。
歸結起來，“基于用例的測試”是依據(jù)第三方專業(yè)機構制定的統(tǒng)一的測試準則，在真實或接近真實的應用環(huán)境中，測試真實用戶任務的完成情況，對機器人整機進行客觀的大規(guī)模對比實驗。
近年來，國家自然科學基金委組織的智能車大賽、美國國防部高級計劃局組織的無人車沙漠越野賽和機器人挑戰(zhàn)賽等，都采用這種方式作為成果評價體系，并取得了顯著效果。這種測試方法也是國外許多機器人公司的選擇。在本屆機器人世界杯產(chǎn)業(yè)峰會上，德國庫卡機器人公司研發(fā)總監(jiān)、歐洲機器人聯(lián)合會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機器人廠商Aldebaran，是另一個“基于用例的測試”的受益者。該公司為RoboCup機器人世界杯“標準平臺組”提供硬件平臺，根據(jù)參賽隊連續(xù)多年的測試結果進行產(chǎn)品升級，大大加快了產(chǎn)品研發(fā)與推廣。
長期以來，科研與應用之間的嚴重脫節(jié)是我國科技成果轉(zhuǎn)化的“老大難”，嚴重阻礙了國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的有效實施。在機器人研究現(xiàn)階段，在我國現(xiàn)有科研評價體系下，論文中的科研成果絕大多數(shù)與實際應用之間存在很大距離，需要漫長的轉(zhuǎn)化過程。可是，這個關鍵過程在國內(nèi)幾乎無人問津，已成為我國科研成果應用轉(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，大大縮短了與實際應用之間的距離，轉(zhuǎn)化難度和轉(zhuǎn)化所需的投入都大大降低了。筆者建議，在機器人及相關領域中更大范圍、更大力度地開展“基于用例的測試”，并在科研評價體系中設置相應的評價指標，作為論文和專利兩個傳統(tǒng)指標的重要補充。同時，可以此為切入點，嘗試突破成果轉(zhuǎn)化瓶頸的新途徑。相信這對于落實國家機器人創(chuàng)新戰(zhàn)略，將是一種有益的探索。
（本文作者陳小平為中國科學技術大學教授，第19屆RoboCup機器人世界杯及學術大會總主席）
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