「重磅解析」什么是机器人的元宇宙
2021-12-03 15:42:09

01 从移动互联网迈向元宇宙


从计算机为代表的互联网和以智能手机及其应用为代表的移动互联网带动了数字化社会的发展,促进了各行各业的产业数字化升级。但无论是早期的互联网还是移动互联网,都是围绕在一个2D屏幕上进行文字、图片、视频的数据应用,如手机上的社交软件、购物软件、管理系统中的可视化大屏、汽车导航软件等等,其交互方式主要是通过视觉、触摸屏以及声音这三种人类感觉器官来进行。


2021年元宇宙概念横空出世。


“元宇宙”一词起源于科幻电影,在游戏领域采用虚拟现实VR(Virtual Reality)技术首先实现商业化应用。虚拟现实VR技术为游戏玩家构建了一个电脑模拟产生的、三维空间的虚拟世界,可以体验到仿佛身历其境、有沉浸感的、可交互的和有想象力的真实感受。


元宇宙构建了一个3D数字化世界,它不再是简单的一个屏幕,而是包含通过计算机渲染技术生成的、具有沉浸式空间感的数字化3D虚拟场景(如虚拟城市、虚拟建筑),各种使用物理引擎技术生成的、具有物理属性的数字化3D虚拟物品(如虚拟货物、虚拟家具),以及各种数字孪生技术生成的智能设备(如虚拟机器人、虚拟自动驾驶汽车)组成的虚拟世界。人们通过可穿戴VR设备或芯片植入设备,形成人类化身Avatar,“融入”到这个虚拟世界中。这个虚拟世界我们称之为“元宇宙”。


在元宇宙中,通过数字化的人、机、物和环境构成了与真实物理环境一模一样且实时同步的虚拟映射,人们可以用非常自然的方式进行人-人、人-机、人-物之间的交互,完成虚拟世界与现实世界融合的各种各样工作或应用,比如虚拟社交、虚拟会议、虚拟设计、超时空游览、虚拟课堂、沙盘模拟推演等。


元宇宙被视为移动互联网的继承者,各大公司纷纷布局,将为人们提供各种更为激动人心的3D数字化应用。在元宇宙平台上,各种层出不穷的元宇宙应用将突破手机应用的局限,创造出更加丰富多彩的智能体验。


02机器人元宇宙定义及其重要作用


(1)机器人元宇宙的定义


机器人元宇宙是元宇宙中非常重要、不可缺少的组成部分。在元宇宙中人、机、物之间的互动,除了人-人、人-机、人-物之外,还存在机-物、机-机之间的互动。机器人元宇宙的重点是围绕机器人应用来展开,通过机器人元宇宙的平台和技术,实现机器人与人、机器人与物、机器人与机器人之间的交互技术和各种应用。


机器人元宇宙-HARIX World海元世界是采用人工智能和数字孪生技术,为机器人打造的一个与物理世界实时映射的数字化虚拟世界。


机器人元宇宙是人工智能和机器人理解物理世界的基础。人工智能技术是以数字化为基础的科学,没有数字化的机器人元宇宙,机器人不可能理解整个人类世界,也不可能发展出人类水平的智能。数字孪生技术作为一个经典科学研究方法,将世界万物进行模拟和仿真,构成覆盖全世界的机器人数字孪生世界。


机器人元宇宙-HARIX World海元世界的核心是为机器人提供智能的HARIX(Human Augmented Robotics Intelligence with eXtreme Reality)云端机器人大脑。其中HA (Human Augmented)是人工增强,就像人类在成长过程中需要老师教授各种知识和技能一样,由人去训练、指导机器人的智能成长,并进行机器人的管理;RI(Robotics Intelligence)是人工智能的机器学习算法,机器人可以通过不断形成机器学习算法自主完成工作;X(eXtreme Reality)是一个将物理世界数字化的、极致真实的虚拟世界,是机器人理解物理世界、智能训练和虚实交互的工作和学习的环境,是机器人与人类社会连接的数字纽带。


机器人元宇宙将游戏和社交的核心技术、数字孪生模拟仿真技术和人工智能技术相融合,为未来机器人云端大脑的发展指明了方向。


(2)机器人元宇宙的重要作用


元宇宙有很多的应用,比如虚拟世界的游戏,给人们在虚拟世界去体验现实生活中无法获得的感受、或是人们可以远隔万里而又仿佛身临其境的虚拟场景社交、或是一种新的数字资产交易、或远程协同办公、或是在城市管理中逼真的可视化呈现等等。机器人元宇宙所实现的不是上述这些人与人、人与物之间的娱乐、社交、商业、管理等方面的应用。


在机器人元宇宙中,机器人数字孪生体可以模拟物理世界的各种行为,进行“感知-认知-决策-执行”的机器学习和智能增长,并通过虚实结合的智能迁移到物理世界的实体机器人;人类可以通过机器人元宇宙与远在异地的机器人进行远程互动、协同工作等;机器人和机器人之间可以实现所需要的通信连接、信息传递和任务协作,从而实现群体智能等应用。

HARIX World海元世界作为机器人元宇宙,它的建立和发展围绕云端机器人的应用开发和生态建设。机器人海元宇宙由海量数据构成,是全球开发者共建、共享的机器人应用开发平台。


HARIX World海元世界为智能机器人的应用开发和运营管理的提供平台服务,海睿云端机器人大脑提供人工智能算法、数据和算力支持,构建开源开放的机器算法模型、应用程序和API的集合,进行机器人在仿真虚拟场景和现实物理场景的目标任务训练,提升机器人的通用智能水平。


(3)人类打游戏,机器人干活,人工智能是外挂

在人工智能为代表的第四次工业革命时代,智能机器人将会变得越来越智能并协助人类完成越来越多的工作,“人机共存”也将成为人类社会的常态特征。机器人元宇宙作为“人机共存”的社会数字基座,构建智能机器人与人类社会之间交互协作的应用平台。


人类的进化发展经历了从智人出现到现代人大约25万年漫长的进化过程。人类在各种各样的生存、生产、生活活动中,通过不断的试验、挫折、成功的经验积累,形成了人类智能(Human Intelligence)人工智能(Artificial Intelligence)发展了几十年,智能机器人在近几年才刚刚起步,无论机器智能和机器人实际应用能力,远远没有达到人类智能的水平。


人类智能(Human Intelligence)的优势在于直觉、共情力和判断力,人类可以使用直觉、经验、常识来指导AI和机器人,帮助AI和机器人避免各种错误。与之对应的,人工智能(Artificial Intelligence)和机器人具有几乎无穷的算力、精确性、客观性和不厌其烦的劳动力,这些正是人类的不足之处。


通过机器人元宇宙,构建智能机器人与人类沟通的数字化交流平台,充分发挥人、AI、机器人各自的长处,互相赋能、互补短板、相互增强、共同协作,克服各种困难完成任务。

在机器人元宇宙中,机器人像一个游戏里的人物去完成一个任务,人类像一个游戏玩家,使用控制器指挥和操控机器人。人类通过人类智能分析场景任务情况做出判断、推理、预测和决策,下达指令给机器人,机器人通过人工智能的自身能力去执行具体任务。在此过程中,人工智能算法同时进行机器学习,将人类智慧形成的指令进行自动标注。


在机器人元宇宙中,由人工智能生成的合成数据可以为批量的任务训练-舰队学习提供虚拟环境数据,加速大数据标注的过程,快速生成准确的AI神经网络算法模型。一旦这个AI算法模型达到人类的水平,就意味着AI学会了这项技能,机器人就可以不需要人类的指挥和操控,统一由AI来指挥完成任务。这些训练好的人工智能算法程序就像游戏里的外挂,玩家可以不用打游戏,由外挂程序来玩游戏。

随着人工智能的不断发展,人、AI、机器人之间的分工和协作会逐步发生变化,人类给定任务的方向和原则,由人工智能完成工作,同时人类可以给予指导和修正意见。从本质上,还是人类用发明的新工具-人工智能大脑和智能机器人更好地服务于人类社会。


03机器人元宇宙推动人工智能的发展


机器人元宇宙平台可以为各种创新的人工智能理论和技术的应用提供训练平台,带动人工智能技术、尤其是在围绕机器人的智能领域的应用发展,实现人工智能从“互联网AI”到“机器人AI”的范式转换。


(1)人工智能技术发展


21世纪人工智能的发展,以神经网络算法为代表的机器学习表现出了惊人的性能,各种图像和音频识别软件的准确率越来越高,自然语言处理的智能程度也与日俱增。同时,新一代的人工智能技术不断涌现,推动人工智能产业向前发展。


从全球信息技术研究和顾问公司Gartner 《2021年人工智能技术成熟度曲线(Hype Cycle for Artificial Intelligence)》的图表中可以看出,从2021开始,以语义搜索(Sematic Search)、计算机视觉(Computer Vision)、聊天机器人(Chatbots)、机器学习(Machine Learning)、自然语言处理(NLP)、数据标签与注释(Data Labeling and Annotation Services)、深度学习(Deep Learning)、人工智能云服务(AI Cloud Services)、边缘AI (Edge AI)等技术已经进入成熟发展阶段。而以智能机器人(Smart Robot)、决策智能(Decision Intelligence)、合成数据(Synthetic Data)、神经形态硬件(Neuromorphic Hardware)、以人为本的人工智能(Human-Centered AI)、生成式人工智能(Generative AI)、人工智能治理(AI Governance)、人工智能编排与自动化平台(AI Orchestration and Automation Platform)、小而宽数据(Small and Wide Data)、复合人工智能(Composite AI)等新型人工智能热点技术正处于研究和发展的突破前期。

这些热点技术的研究很多是与机器人紧密相连,例如:采用机器人数字孪生智能体进行智能机器人研究;在虚实结合的场景中完成任务的机器人行为决策智能;通过合成数据构建海量仿真环境为人工智能提供训练所需要的大数据;以人为本的AI技术开发理解人类语言、情感和行为、且安全可靠、值得信赖的机器智能;在多模态机器人上通过复合AI技术实现不同人工智能技术的最佳组合应用;机器人小样本学习训练;人工智能治理在机器人中的应用等。


以上这些非常重要的人工智能技术和算法都可以在机器人元宇宙平台-HARIX World海元世界进行测试,大大提高训练效率、降低成本,快速提升以智能机器人为主体的人工智能的应用水平。


(2)从互联网AI到机器人AI的范式转换


艾伦·图灵在1950年发表的论文《计算机器与智能 Computing Machinery and Intelligence》中提出了著名的“图灵测试”。在图灵测试中,人类测试者与一台机器被隔开,一个人类测试员通过文字向被测试者随意提问。进行多次测试后,如果测试者不能确定出被测试者是人还是机器,那么这台机器就通过了测试,并被认为具有人类智能。它在数十年间被当作机器智能的测试标准,深刻影响了人工智能的发展。


但是这个图灵测试仅限于 “思维机器 Thinking Machines”的能力,不包括提问者与被测试计算机发生物理上的互动,包括缺少机器人视觉的感知能力和机器人操纵物体能力的测试。随着人工智能的发展,人们希望机器既能像人一样思考、也能像人一样可以从事多种工作,这些都是未来“通用人工智能”所必备的能力。为此,艾伦·图灵也对图灵测试的范畴进行过补充定义,他在英国国家物理实验室内部的一个题为“智能机器 Intelligent Machinery”的报告中提出了“具身智能 Embodied Intelligence”和 “非具身体智能 Disembobied Intelligence”的概念。


在过去十年,人工智能进步来自于各种算法(机器学习和深度学习:如语义分割、对象检测、图像字幕)、数据(如Youtube、百度、Facebook)和计算能力(如CPU、GPU、TPU)的增加。这些人工智能算法模型,如Tensorflow、PyTorch、MXnet、Caffe、GPT-3等主要用于基于互联网、脱离形体的、非具身化的智能应用,如智能客服、对话机器人、智能音箱等的智能语音SV方面;应用于安全监测、医学图像分析等的计算机视觉CV方面;或者AlphaZero下围棋、人工智能股市预测数据分析方面等。


美国科学家琳达·斯密斯在2005年提出:智能的产生是智能体在一个环境当中与物品进行交互作用和交互操作在过程中形成的,这个智能系统是交互式的或具身化的,可以与周围的环境进行物理交互并改变这些环境。例如,一个机器人可以主动探索环境并完成自主路线规划和目标搜索,或者一个机器人可以通过观看视觉演示来自己学习组装零件,而并不需要程序员为此手动编程。这类“智能机器 Intelligent Machinery”是通过机器人大脑和身体一起协同来完成活动,需要具有一切人所具有的视觉、听觉、触觉、身体、甚至包括味觉、嗅觉的传感器感知能力,以及行走、操作的执行器运动能力,这些能力统称为“具身智能 Embodied AI” 。具身智能的载体是围绕机器人来展开的,所以,具身智能也可理解为“机器人AI”。


具身智能是跨学科的领域,需要在人工智能的各子领域(例如:自然语言处理、计算机视觉、强化学习、导航、基于物理的仿真和机器人)的基础上进一步发展。具身智能相比互联网智能是更先进的人工智能系统,从单纯的数据进行识别为主的“互联网AI”转变为智能体在环境完成交互任务行动的“机器人AI”,是人工智能研究和应用领域的范式转换。
04机器人元宇宙推动智能机器人的发展


以服务机器人为代表的智能机器人已经逐步成为未来机器人产业发展的重点,机器人元宇宙平台为智能机器人进一步提升智能增长、交互任务、人机互动的能力,为机器人产业爆发提供基础设施平台服务。


(1)机器人产业发展概况


人类进入21世纪20年代,正处于第三次工业革命发展的高峰期和第四次工业革命发展的初始阶段。第三次工业革命以计算机、互联网和通信为代表的ICT技术,实现社会向信息化和数字化转型,人类从工业时代走入信息时代。


第四次工业革命以人工智能革命为代表,通过开发和模拟人的意识和思维方法,研究开发机器大脑,以期进一步提高社会劳动生产率,提高科技水平,推动人类社会进步和发展。人工智能技术可以帮助人类完成那些人做不好或者不愿意做的事情,比如4D(Dull无聊、Dangerous危险、Difficult困难、Dirty脏)的工作。更重要的是,人工智能除了模仿人类的能力外,最终目的是构建一个能力更加强大的人工智能大脑,提升对大自然的认知水平和科技水平,帮助人类实现各种梦想,比如创造利用新的清洁能源、开启人类的外太空探索、研究分子生物技术使人类远离疾病和延缓衰老。


机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,是衡量国家科技创新能力和高端制造业水平的重要标志。“十三五”以来,在国家政策利好、企业和产品技术革新的总体环境下,我国机器人产业蓬勃发展,产业规模快速增长、技术水平不断提升、产品类型持续丰富、重点领域创新应用层出不穷。在机器人技术方面,随着新一代信息技术、人工智能、云计算、物联网、新材料等新技术的发展,机器人产业正向智能化、网络化、数字化方向快速迈进。


在机器人产业规模增长方面,2021年,全球机器人市场规模预计将达到335.8 亿美元,2016-2021 年的平均增长率约为11.5%。其中,工业机器人144.9 亿美元,服务机器人125.2 亿美元,特种机器人65.7亿美元。预计到2023年,全球机器人市场规模将突破477亿美元。


随着机器人制造成本的逐步降低,机器人代替人的成本优势越发明显,随之而来的是机器人的应用数量大幅提升,据麦肯锡报告,到2030年机器人将取代8亿人的工作。


同时,机器人创新应用也层出不穷,服务机器人与传统工业机器人相比,在物流、教育、娱乐、安防、医疗等各个垂直领域快速发展。全球新冠肺炎疫情爆发以来,“无接触式”社会公共服务需求明显增多,刺激机器人在更多细分领域的加速渗透。


(2)人类第三台计算机-云端智能机器人


人类的第一台计算机-个人电脑PC开创了信息时代的先河,人类的第二台计算机-智能手机引领了移动互联网时代的发展,带动了数字化应用的普及。随着人工智能时代的到来,人类的第三台计算机-智能机器人将逐步走进人们的生活和工作中,让人们进一步感受到科技进步为人类生活带来的便利,智能机器人将成为人类不可缺少的伙伴和助手。


机器人学作为集感知与学习、规划与决策、动力学与控制、人机交互等多学科先进技术于一体的科学,始终是AI研究领域的重点。从机器人的技术升级发展过程来看,分为第一代到第五代五个阶段。


第一代-工业机器人,按照预先设定的程序实现标准化操作,相当于生物机体的重复肌肉动作。


第二代-协作机器人,有更好的编程界面,采用柔性化的关节保证在机器人动作执行过程中不会伤人,映射到生物界,是中枢神经系统中脊髓决策的智能水平。


第三代-AGV+视觉机器人,可以导航行走和避障,可实现视觉反馈下的操作,就像是生物界中实现了中枢神经中的小脑功能。


第四代-无人驾驶移动型机器人,达到了“运动神经”和“脑神经”的两层模型“职业能力层”,但是只是解决了职业能力层中需要大脑算力最低的某一类工作。


第五代-云端智能机器人,实现了人工智能算法、数据和算力的无限扩展、认知的无限升级的“云端大脑”,形成通用人工智能AGI(Artificial General Intelligence)水平,可以实现复杂场景下的多模态应用,在仿生学认知范畴内,是智能机器人的“终极架构”。


云端智能机器人的全称是“云网端智能机器人”。机器人的“云”大脑通过在云、边、端分布式算法、算力和大数据形成机器人智能;通过5G等无线安全高速“网”络连接云端大脑和机器人本体;机器人本体在“端”侧完成各种任务。云端机器人的目标是在云端大脑建立知识驱动和数据驱动的计算模型,构建模拟人类智能行为的机器人,逐步形成通用人工智能。


“云-网-端”架构的云端机器人优势如下


-云端大脑(HARIX):汇聚互联网上所有人工智能的算力、算法和数据的资源,通过人工编程、示教学习、机器学习不断提升智能水平,为所有的机器人赋能。


-云端机器人操作系统(海睿HARIX OS):云端机器人操作系统(海睿HARIX OS)实现云端机器人统一系统架构,将分布在“云-边-端”的计算、存储、程序、网络和硬件组成云端机器人。


-海元世界(HARIX World):智能机器人与人类社会之间交互协作的应用平台,支持人机交互协作,包括通过数字孪生技术支持机器人模拟人类智能行为的训练,人类通过海元世界与云端机器人实现协作等。


-云端机器人开发工具(HARIX RDK):支持开发者使用HARIX RDK(Robot Development Kit)进行机器人应用程序开发,为机器人增加AI能力和各种任务执行能力,支持开源开放的社区生态。


-安全神经网络(VBN):保证机器人云端大脑与本体之间的通信安全,建立覆盖全球的VBN(Virtual Backbone Network)网络,为智能终端提供私有安全网络连接。智能终端接入采用基于区块链技术的安全认证方式,规避了传统的中心化网络认证存在的风险。


-机器人控制终端(RCU):机器人本体与云端大脑之间的连接采用标准化开放接口RCU(Robot Control Unit),实现上层应用(智能算法、应用程序)与底层硬件(机器人本体)的解耦,支持第三方机器人接入云端大脑。


-机器人管理运营功能(CROSS):CROSS(CloudMinds Robot Operation Support System)实现对机器人管理、远程控制和安全运营。


05 小结

达闼的云端大脑HARIX是一个开源开放的云端机器人应用和服务平台,在商业服务、养老医疗、智慧农业、智慧安防、智慧城市、智慧工厂等领域已经有各种应用。HARIX World海元世界作为云端机器人的基础数字底座,将继续为人工智能应用和云端机器人赋能发挥重要作用。