智能機(jī)器人可做清潔和娛樂(lè)工作,并具備新的類(lèi)似人類(lèi)的能力

作者:Loring Wirbel

20多年以前,一提到機(jī)器人,人們腦海里就出現(xiàn)這樣一幅景象:在工廠的地板上,一個(gè)功能固定的設(shè)備依賴(lài)簡(jiǎn)單的視覺(jué)系統(tǒng)和8位或者16位MCU進(jìn)行定位控制。而科幻小說(shuō)則為我們勾勒出更為接近人類(lèi)的機(jī)器人形象,包括具備人工智能,能夠在復(fù)雜的公共環(huán)境下表現(xiàn)正常。

人工智能的權(quán)威人士曾一直以為,精確的視力和高速I(mǎi)/O是比較容易解決的問(wèn)題姐叁。直到經(jīng)過(guò)了上個(gè)世紀(jì)九十年代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),才使他們明白布爾推理等所謂的難題實(shí)際上比較容易解決；而與環(huán)境交互等這種所謂容易解決的問(wèn)題,則非常難以解決洗显。

到21世紀(jì),由于意識(shí)到新出現(xiàn)的并行網(wǎng)絡(luò)或分布控制回路,能不時(shí)地脫離主處理器運(yùn)行,而這也許可以實(shí)現(xiàn)智能行為和簡(jiǎn)單的感知能力外潜。因此,人們對(duì)各種機(jī)器人的研究熱情再一次被點(diǎn)燃。之后,各種各樣的研究項(xiàng)目都把目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了能夠?qū)Νh(huán)境做出實(shí)時(shí)響應(yīng)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)挠唆。

作為消費(fèi)電子和娛樂(lè)平臺(tái),索尼的機(jī)器狗Aibo引來(lái)了大批的效仿者处窥。有日本聯(lián)合大企業(yè),有北美的新興公司,有專(zhuān)門(mén)成立的大學(xué)生興趣小組,他們都參與了世界RoboCup機(jī)器人大賽。雖然有部分研究人員正在研究?jī)勺泐?lèi)人系統(tǒng),RoboCup大賽的發(fā)起人Hiroaki Kitano在去年預(yù)言,類(lèi)人機(jī)器人最多也只能占10～15%的市場(chǎng)份額玄组。相比之下,四足滔驾、六足和八足系統(tǒng),以及面向垂直市場(chǎng)的輪式和半固定系統(tǒng),由于具有靈活性,因此在消費(fèi)電子、工業(yè)和軍事領(lǐng)域市場(chǎng)具有優(yōu)勢(shì)杏住。

Aibo在市場(chǎng)上激起了第一波熱潮采冕。麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系的富士通教授及iRobot公司創(chuàng)始人Rodney Brooks在新出版的《肉體和機(jī)器》一書(shū)中描述了“My Real Baby”的設(shè)計(jì)師們?nèi)绾闻朔a(chǎn)機(jī)器人玩具所遇到的束縛援愁。DSP巨頭如TI和ADI也聲稱(chēng),盡管在未來(lái)數(shù)年內(nèi)都很難降低智能玩具的成本,他們?nèi)匀粯?lè)意進(jìn)行這樣的努力,力圖以成本的大幅降低換來(lái)大規(guī)模的應(yīng)用。

iRobot公司的創(chuàng)始人曾經(jīng)嘗試過(guò)家庭應(yīng)用市場(chǎng)趣情。該公司的Roomba是一個(gè)價(jià)格僅為200美元的房間清潔機(jī)器人,它只有餐碟般大小,可以執(zhí)行基本的清洗任務(wù)适系。然而,一個(gè)500或1,000美元的控制站機(jī)器人加上價(jià)值10美元的一次性房間清潔器組成的房間清潔系統(tǒng),對(duì)于房間清掃這樣的簡(jiǎn)單任務(wù)來(lái)說(shuō)過(guò)于復(fù)雜,因此短期內(nèi)不會(huì)取代家用真空吸塵器。iRobot的Brooks認(rèn)為,另外房間清潔器和割草機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)仍然是一個(gè)問(wèn)題:如果沒(méi)有像GPS這樣的定位參考系統(tǒng)支持,這些設(shè)備只能在給定區(qū)域內(nèi)隨機(jī)走動(dòng),這對(duì)于執(zhí)行固定的任務(wù)來(lái)說(shuō)是不夠的纺辟。

問(wèn)題的關(guān)鍵在于自然智力和程序智能之間的差別。Brooks領(lǐng)導(dǎo)的斯坦福和麻省理工學(xué)院聯(lián)合研究小組以及卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Hans Moravec領(lǐng)導(dǎo)的小組,都曾試圖通過(guò)預(yù)見(jiàn)機(jī)器人在一個(gè)給定空間內(nèi)所能執(zhí)行的所有動(dòng)作,來(lái)預(yù)先編寫(xiě)所有的規(guī)則程序,以保障機(jī)器人在該空間內(nèi)行為正常蝠盘。然而,盡管機(jī)器人在上述給定空間里的行為是可以預(yù)見(jiàn)的,但環(huán)境中的障礙及其它不可預(yù)知的問(wèn)題仍然會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的中央處理系統(tǒng)崩潰,因此它不可能適應(yīng)環(huán)境脾仁。

當(dāng)把小機(jī)器人應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)時(shí),精確度是必然的要求

在最近的10年里,麻省理工學(xué)院的Brooks和Cynthia Breazeal支持的概念是,制造沒(méi)有一般規(guī)則或空間知識(shí),但具有很強(qiáng)適應(yīng)性的機(jī)器人。它允許移動(dòng)式機(jī)器人具有環(huán)境適應(yīng)性,能夠充分自如地完成簡(jiǎn)單的割草和清掃任務(wù),而無(wú)需理解物理空間,但是這些機(jī)器人卻不能盡可能好地完成手上的工作苔免。

雖然iRobot和科學(xué)應(yīng)用國(guó)際公司(SAIC)等機(jī)器人研究公司還在繼續(xù)完善家用機(jī)器人系統(tǒng),美國(guó)的軍事機(jī)構(gòu)和政府特工組織卻已經(jīng)能用上這種機(jī)器人智能秕栓。分布式控制的移動(dòng)式機(jī)器人是美國(guó)空軍的無(wú)人飛行器(UAV)項(xiàng)目的基礎(chǔ),也是海軍的海下無(wú)人駕駛項(xiàng)目以及陸軍地貌和地表探測(cè)機(jī)器人項(xiàng)目的基礎(chǔ)。諸如美國(guó)能源部和環(huán)保署這樣的政府機(jī)構(gòu)甚至已經(jīng)能夠使用遙控系統(tǒng)來(lái)處理和清除危險(xiǎn)的材料更启。

當(dāng)把小機(jī)器人應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)時(shí),精確度是必然的要求邢入。而在普通的遙感和勘探任務(wù)中,軍隊(duì)和警察組織就可以使用隨意走動(dòng)的機(jī)器人,以一種隨機(jī)的方式來(lái)探測(cè)目標(biāo)區(qū)域。事實(shí)上,美國(guó)國(guó)防部研究工程主任Ron Sega在最近的一次演講中稱(chēng),當(dāng)在一個(gè)人口密集的地方同時(shí)使用若干個(gè)機(jī)器人時(shí),它們呈現(xiàn)出國(guó)防部官員所稱(chēng)的“自然蜂群智能”,這是一種未曾預(yù)料的共同活動(dòng)的行為特征,無(wú)需主處理器發(fā)布控制命令趴荸。

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究項(xiàng)目管理局(DARPA)通過(guò)其微系統(tǒng)技術(shù)處的兩個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目,向這些技術(shù)提供了資金資助,這兩個(gè)項(xiàng)目分別是MEMS計(jì)劃和分布式機(jī)器人計(jì)劃儒溉。DARPA的特別工程辦公室還有其它一些小項(xiàng)目,比如Sega的國(guó)防部級(jí)國(guó)家航空和航天行動(dòng)計(jì)劃,該辦公室將政府的分布式機(jī)器人研究統(tǒng)一了起來(lái)。DARPA也與許多公司進(jìn)行合作,共同研究用于機(jī)器人的慣性測(cè)量MEMS发钝、光學(xué)MEMS和射頻技術(shù),這些公司包括TI顿涣、Rockwell、ADI酝豪、惠普涛碑、Honeywell、Silicon Light Machines孵淘、杰爾蒲障、CoreTek、西門(mén)子以及Raytheon等瘫证。

這給半導(dǎo)體供應(yīng)商帶來(lái)了獲利前景,特別是對(duì)于那些專(zhuān)注于DSP揉阎、基于MEMS的傳感器和混合信號(hào)數(shù)據(jù)探測(cè)設(shè)備的供應(yīng)商。于是,用于控制飛機(jī)的復(fù)雜64位主處理器的成本持續(xù)降低,有趣的多層機(jī)器人智能可以通過(guò)并行或多層DSP來(lái)實(shí)現(xiàn),而所用的芯片的價(jià)格已低至每塊5美元痛悯。

ADI公司MEMS部門(mén)的市場(chǎng)經(jīng)理Christophe Lemaire說(shuō),Aibo狗可以激發(fā)一個(gè)用于消費(fèi)電子和專(zhuān)用機(jī)器人的慣性測(cè)量MEMS市場(chǎng),這是一個(gè)利潤(rùn)豐厚的市場(chǎng),但汽車(chē)市場(chǎng)仍是慣性MEMS最大的單一應(yīng)用領(lǐng)域余黎。

ADI MEMS部門(mén)的應(yīng)用工程師Harvey Weinberg稱(chēng),上述MEMS已經(jīng)被應(yīng)用于高端船舶、特殊用途飛機(jī)以及UAV的天線上凄在。這將導(dǎo)致在移動(dòng)式機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)更多的穩(wěn)定性應(yīng)用,尤其是服務(wù)殘疾人的輪式機(jī)器人,或是Segway系統(tǒng)的智能跟隨機(jī)器人才擒。

分布式控制成本

對(duì)于ADI公司,有兩種采用DSP的方法可以實(shí)現(xiàn)低成本的分布式控制。如果要通過(guò)片上A/D轉(zhuǎn)換器采集混合信號(hào),同時(shí)必須使用PWM,那么ADI可以提供2199x混合信號(hào)DSP舞懦；如果系統(tǒng)需要執(zhí)行某些整數(shù)控制,如控制飛機(jī)這樣的任務(wù),則可選擇ADI新的Blackfin定點(diǎn)DSP善瞧。后者是ADI與英特爾聯(lián)合設(shè)計(jì)的,它使用了英特爾的微信號(hào)架構(gòu)(MSA),可提供高端的混合性整數(shù)和浮點(diǎn)性能,其主頻為600MHz,每片5美元图盖。

ADI的16位DSP產(chǎn)品線經(jīng)理Finbarr Moynihan說(shuō),BlackFin的代碼優(yōu)化比TI混合型的320C54x DSP+ARM7或ARM9架構(gòu)要好很多。

當(dāng)然TI并不認(rèn)同這一點(diǎn)蓬肢。該公司的C2000 DSP產(chǎn)品線的首席技術(shù)官Dave Figoli稱(chēng),該公司C2000 DSP芯片非常適用于分布式控制回路中的雙節(jié)點(diǎn)控制,也適用于需要大量DSP進(jìn)行并行操作的多處理器系統(tǒng)之間的通訊企著。“在某些設(shè)計(jì)中,DSP既可以充當(dāng)中央控制器,又可以充當(dāng)節(jié)點(diǎn)控制器魂中∶傲铮”Figoli說(shuō),“對(duì)于一個(gè)與周?chē)h(huán)境進(jìn)行交互的分布式系統(tǒng),其控制節(jié)點(diǎn)必須能夠在非常高的數(shù)據(jù)傳送速率下處理多個(gè)環(huán)路∠闾猓”

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