浙大机器人研究中心“悟”、“空”在打乒乓球
    
    浙江大学是国内最早研究机器人技术的高校之一，早在上世纪70年代初，就开始工业机器人的研究。
    
    研究中心集结了浙江大学控制、机械、电气工程、计算机等专业的100多名师生，全面深入研究机器人学理论,不断创新机器人产业技术及应用，并通过技术转移实现产业化，为我国机器人领域科技水平进步做出贡献。
    
    麻省理工学院在研发四肢飞奔、时速10英里的机器豹，日本机器人顶级科学家之一石黑浩的“美女机器人”能冲客人招手微笑、眨眼睛，法国机器人“拉塞尔”能跳“小苹果”、帮自闭症儿童学习……
    
    在通往机器人和人工智能的极限道路上，浙江又处在什么位置？在中国机器人研发顶尖机构浙江大学机器人的实验室里，快报记者看见了惊喜，也看到了差距。
    
    乒乓球和足球
    
    浙大玉泉校区九号教学楼的机器人研究中心，一直在为中国机器人解决诸多尖端问题。其中一个代表作是国家科技部863计划的重点课题《仿人机器人感知控制高性能单元和系统》的项目。它的成品是一对外形、体重和真人差不多的机器人，其主要功能是打乒乓球，名字分别叫“悟”和“空”。
    
    “悟”、“空”亮相于3年前的10月，会互打乒乓球，也可跟真人对打，100多个接发球没问题。如果你球技一般，肯定不是这机器孙猴子的对手。
    
    “悟”、“空”全身有30个自由活动的关节，手臂灵巧，能做各种接发球动作。
    
    乒乓球从球桌一端飞来，也就1秒不到工夫。“悟”、“空”通过识别、定位、计算和控制系统，准确捕捉球的运动轨迹，通过计算机处理，瞬间完成对球的位置、速度、角度、落点等的计算，并判断出最优的应对路线和最佳回球姿势，挥动手臂，把球准确地送向了对方。整个反应时间，跟人类已十分近似。
    
    浙大的乒乓球机器人在众多海内外媒体上引发轰动。英国《泰晤士报》、美国《科学人杂志》都报道了这个能把摄像设备和机器人的移动处理器结合起来快速做出准确反应的设备。
    
    在浙大机器人研究中心里，还有另一件广为人知的机器人作品——足球机器人。
    
    它的出名更多是因为它一雪中国男足在世界足坛的耻辱。在去年、今年两届机器人世界杯上，浙江大学的ZJUNlict队蝉联小型组世界杯冠军。与他们连续两届在决赛中交战的对手，都是机器人足球界的老牌劲旅美国卡耐基梅隆大学队。
    
    与乒乓球机器人仿造人形不同，这些小型足球机器人胸围18厘米，身高15厘米，是一个圆圆的柱体。
    
    浙大机器人研究中心的师生们在机器人的机械结构、控制电路、运动建模、高速运动规划与控制、动态避障、多机器人协作等方面进行研究。使得这些配有传感器和内置电脑的小小机器，可具备人工智能。
    
    带球、过人、传球、射门，甚至是齐达内（世界足球名将）式的马赛回旋，这些人类足球运动员十几年才能练就的技术，小机器人们都能轻松完成。它们还通过无线通信系统，接收着“教练席”主电脑上的每秒钟60个战术方案，并与队友“交流”、完成战术配合，或接受裁判指令。
    
    玩这些为什么
    
    对浙大校长助理、机器人研究中心主任朱世强、和追赶全球最先进技术的浙大机器人研究者而言，研究乒乓球机器人、足球机器人，不是为了娱乐，也不是为了帮乒乓球运动员找到更强大对手，更不是为了用机器人代替中国男足去踢世界杯。
    
    “我们要花十几年研究扫地机器人，不是为了帮中国主妇解决家务问题，而是在解决非结构性环境下的运动。”朱世强说，这个非常难，但它是解决终极人工智能的基础，人在任何环境下都是随机应变的，“要想机器人和人一样，就必须解决这个问题。”
    
    非结构性环境，就是不规则的、需要机器人自主判断应变的环境，这就是人工智能。
    
    朱世强1998年研制出的第一台扫地机器人，是买了台吸尘器把外壳拆了绑在轱辘上，发动起来便在地上横冲直撞。到后来，扫地机上加装了传感器，能自动识别出墙、桌子腿、楼梯坎，确保自己能躲开。但那时，朱世强自己在家也不爱用扫地机器人，“它经常坏，还不知所终，我得经常在床底、桌子下把它找出来。”
    
    再后来，扫地机器人有了路径规划，能明白哪里扫过哪还需要清扫，确保在一间20平米家具齐全的屋子里能一次清扫90%以上面积，并可以自动回归充电。但直到如今，扫地机器人还是有很多问题无法克服，比如前面是一块透明的玻璃，它会直接撞上去。
    
    “悟”、“空”所探索的则是对可移动物体的判断和相应反应的运动控制问题。其实人眼是看不出距离来的，人类能分辨出视线里物体的远近，是经验和知识在起作用。在乒乓球机器人头上也有两只眼睛，是摄像头。每只摄像头采集的图像是平面的，利用需要复杂数学运算实现的双目视觉图像定位系统，来解决对移动的乒乓球的准确定位，并控制手臂做出相应的反应，球拍的位置、拍面的角度、击球的时机和力度，均是一步步设计实现。
    
    足球机器人的探索意义与乒乓球机器人类似，但它还有一个侧重，即机器人和机器人之间的配合。
    
    差距在哪
    
    在9月的宁波智慧城市博览会上，宁波工程学院的师生展示了他们制作的仿人机器人。这个身长30厘米的玩意儿，能做出行走、下蹲等各种动作，但其身上的关键部件各个胯、膝、肘等运动关节的电机都是进口的，“国产的电机达不到这水平。”
    
    相较于美日等机器人技术领先国家，中国机器人差距在哪？名列中国顶尖高校的浙大是另一个侧影。
    
    1999年，朱世强在浙大留校任教后，曾赴日本早稻田大学做访问学者。他参观日本的汽车工厂时，被无人工厂里流水线上密集的机器人装配现场震撼了。他还目睹了一个机器人跟一个乐队合奏弹钢琴，获得当年在日本科技城筑波举行的科技博览会唯一大奖。他当时觉得在机器人领域，中国与日本至少相差30年，而这事关国家整体竞争力。
    
    “中国（科技水平）跟美国日本差多远，机器人水平就差多远。”朱世强说。
    
    机器人是机械、电子、软件、材料集成度非常高的学科。由于中国学生从小就接受数学的魔鬼训练，应用数学水平都极高。相较于80%以上依靠数学运算的机器人理论技术层面，其他方面是制约中国机器人水平的更大短板。而这些大都与国家基础工业水准直接相关。
    
    即使算得出来，但因为材料强度不够、电机功率耐耗不够，科研人员们只能依据现有的材料做计算。
    
    在企业为追求利润无精力投入自主研发，不得不在核心部件上依赖进口的时候，高校、科研院所正在着手解决我国工业机器人的自主设计问题。
    
    在浙大玉泉校区9号教学楼的实验室里，靲兴来博士和他的师兄正夜以继日地围着一台六轴机器人做实验。作为导师的朱世强说，“这台机器人是国内自主知识产权设计率最高的工业机器人。”
    
    国际机器人巨头日本安川来浙大机器人中心参观，在目睹这台六轴机器人从主体到电机、减速机都大量为中国人自主研发的设计后，回国立即调低其相应产品在中国市场的价格。
    
    挑战与出路
    
    对于中国机器人正面临的挑战，朱世强说，首先是认知问题，我国长期以来片面认识，一开始认为研究机器人好像是搞技术开发的自娱自乐，没有把机器人作为重要装备、潜力巨大的产业来看，没有把机器人当做未来决定性竞争力。再到后来才发现机器人是不可缺失的，认为该装备将影响我们产业竞争力，是国家整体竞争力。“就像美国利用互联网引领全世界，输出价值观，控制了很多无形的东西。未来机器人会重复互联网计算机的作用及社会角色。”
    
    其次是产业链问题，机器人作为产业来发展，相应所需的力量很多，机械电气软件硬件材料等涉及面很广，很多核心技术需要突破，目前，连壳子都做不过美日，电机减速机等关键设备应形成产业。这需要政府牵头来做梳理、引导。
    
    最后是市场应用环境，中国是全球最大的工业机器人应用市场，但留给我们自己的空间和忍受度不够。工业机器人90%的市场大部分都被国外产品占领着。光有少量补贴也不起作用，在民族机器人企业自身争气的前提下，民族企业家应有意识地用国产设备，就像当年韩国撑起自己的汽车制造业一样。
    
    （2014-11-04）