「WRC 大咖观点」葛树志《新加坡机器人和人工智能技术的发展》

 

2022世界机器人大会主论坛群星璀璨，产、学、研各领域大咖齐聚首，共话巅峰，为机器人未来发展领航。

峰会现场，葛树志发表了题为《新加坡机器人和人工智能技术的发展》的演讲。以下为葛树志演讲内容的整理。

各位同事，朋友们，大家好！我是葛树志，来自新加坡国立大学。很荣幸在中国举办的2022年世界机器人大会上介绍新加坡机器人和人工智能技术的发展。我是新加坡国立大学电子与计算机工程系教授，也是功能智能材料研究院首席研究员，同时是新加坡科技研究局制造技术研究所兼职研究员。我代表Marcello Ang、I-Ming Chen、Cecilia Laschi、Louis Phee、Pey Yuen Tao、Danwei Wang和Lihua Xie做本次演讲。

我们的演讲包括五个部分：社会进步、机器人技术的演变、机器人技术：人工智能走进生活、机器人技术和人工智能融合的前沿进展和社区和组织。

首先是社会进步，机器人和人工智能技术正在颠覆我们生活的方方面面。从工业、服务、到教育、医疗保健、交通行业等等。我们在推动技术发展的同时也感到恐慌，我们从农业和工业经济发展起来，时间尺度是以世纪为单位划分的。当我们进入工业经济后，发展是以年为单位计算的，而在信息时代，变化是以月为单位的。到了智能社会，变化是以天为单位的。我们可以看到变化比以前快得多，欢迎来到智能社会时代。

在现代和未来社会里，我们将自我感知，自主学习、自主决策、自主执行、自主适应。大家可以看到酒店、商店，甚至大学里的一切都在发生翻天覆地的变化。因为新冠肺炎疫情，我们开始了比以往更多的自学和在线学习。这将意味着许多学生会自学，即使机器将变得前所未有的智能，它们将与我们人类共存。而要进入智能社会，我们需要高科技人才来推动高端硬件的开发。从各方面促进智能软件的发展。从通信、计算到制造业、传感、而在感知方面。我们有感知和传感器，我们有智能、学习、分析、执行。当然，我们还有处理器和发射器。早些时候我们使用计算机，进行计算机交互。其实，机器人正在转变人类社会，以前是计算机，现在是机器人。机器人并不局限于操作机器人，实际上汽车、直升机……任何东西都可以与机器人有关。因此我们有人类和机器人的互动。

第二部分我想分享的是机器人技术的演变。

第一代机器人技术是工业机器人，从上世纪70年代开始，人类希望减少艰苦的劳动，因此发明了操作机器人。1998年T.H. Lee教授、C.J. Harris、Chris Harris。和我共同撰写了第一本关于操作机器人的自适应神经网络控制的书籍，其中我们拟合了驱动神经网络建模、自适应控制和协调。当然，这个领域还在继续发展，我们有实时的RBG-D和三维重建，还有在非结构化环境中的零件规划/再规划 手眼标定和多臂协调，以及宏观迷你机器人操作控制等，向第一代迈进。

到了上世纪90年代的第二代移动机器人。有在网上、天空中和水里的自主机器人，大家可以看到我们在网上和天空中取得的进展。我们对直升机进行建模、控制和协调，也有自主的移动机器人，还有三维点云辅助精确定位的自主机器人，运用分层拓扑零件规划以实现高效的导航，还具备带有安全意识的运动控制策略。

然后是第三代社会和服务机器人技术，这从21世纪开始变得非常流行。

服务机器人是一种为人类或设备执行任务的机器人，但设备不包括工业自动化应用，这是服务机器人的物理功能，社交机器人是具有人类社会属性的智能机器人，是我们社会日常生活中的一部分。咖啡机、清洁器、灶具等算是机器人技术，而社交机器人是人类的同伴，已成为人类生理需求的一部分。机器人正在成为我们日常生活的一部分 ，就像个人电脑进入每家每户一样，机器人能够相互交流、相互沟通，也能与人类、环境互动和交流，也在附属于其角色的社会和文化结构中进行互动和交流。这是我们在2008年创办的杂志，这是机器人杂志的定义。大家可以看到，我们从功能化、模块化，逐渐发展到艺术机器人、小机器人。如果你有兴趣，可以向本刊和Springer Nature提交发表申请。我们也有一篇关于社交机器人的角色扮演学习的论文。

机器人已经成为社会中的一个角色，大家想一想，继续向前迈进的话。你会看到第四代机器人技术，那就是功能性的智能材料机器人。它们更小、更智能，不仅有生命，还可能是你身体的一部分。可能是你话语的一部分，或者在你的家具或墙壁的玻璃上随处可见。这其实是材料机器人技术，这个技术去年刚刚推出。这是诺贝尔奖得主K. S. Novoselov教授指导的功能智能材料研究院（I-FIM）。这是我们的一张合照，我们的技术将向更小层面发展，分子层面、原子层面。然后，在功能性智能材料方面，可能是3D打印的，磁场可以改变我们分离材料的方式。大家可以看到，磁性纳米粒子变得更小、更轻。

我要分享的第三点是机器人技术：人工智能走进生活。

大家想一下，人们仍在讨论机器人会不会比人类更聪明的问题，并且在进行辩论。但我想说的是，这个世界上有两种智慧生物。一种是生物学上的人类，另一种则是人类制造的智能机器人生物。如果智能机器人不断得到开发，不断嵌入最先进的技术。在许多方面，机器人可能比我们更强。例如，直升机比我们飞得更高，汽车比我们跑得更快，机器人干的活比我们干的更累……只要你能想象，就能实现。现在有很多人忙于工作而忽视了他们的孩子，孩子们要和智能机器人一起玩，他们可能会学得更快。在日本，孩子们已经喜欢和机器人玩了。机器人对他们很友好，而且能讲笑话。所以在开始时，我们就有智能的人类机器人互动和服务。在与人类交流中，尽管这里的口语只占7%。但机器人使人类更加聪明，并保持交谈。

人类有智能认知，我们实际上有显著驱动的关联记忆。研究动机：人类对复杂视觉的内部表征是非常稀少的，而大脑中的神经网络在处理信息时是高度动态的。因此，我们势必要采用视觉显著性来确定，哪些单元对视觉模式的存储和检索更为重要，并构建一个网络势场来确定动态突触权重，从而获取一个具有多个吸引子的记忆网络，然后我们进一步转向社交机器人。这实际上是硅和生物这两个领域结合到了一起。

然后是智能视觉认知，这是我的一篇有数据支持的研究，视觉系统旨在搜索和关注场景中有价值、显著性的部分。这就是其中的数学，我知道大家的兴趣所在，这也是一个机器人的头，然后，在走廊或外面。我可以知道我的机器人在看哪里，因为有谷歌眼镜。在这里，我们用机器人的头作为陪伴，这是在社交机器人界非常有名，受到高度认可的He Hongshen。他还通过人工智能使我们生活的方方面面更加便利，例如，交通。小型交通标志识别、驾驶自动汽车可以实现。这是一个未来的汽车，我们有深度学习，还有所有的标志，已经可以识别标志，让汽车更加智能。如果有一只机器人狗和你一起散步，不仅是机器人汽车，机器人狗也有提醒功能。

Feng Hui教授有研究人类是如何影响动作识别的，基于视觉的人类动作是用动作标签标记图像顺序的过程。通过深度学习，实现动作识别是为了更好的让人类与机器人互动。还有这种深度空间转换的人到图像的生成。虚拟现实，如果它非常真实。它实际上是现实，甚至比现实更好。因此，在虚拟环境中你可以被转化为现实。这实际上是Liu Meichen实现了个人图像生成。因此，我们将现实和虚拟现实结合。

当然，我们还有自然语言处理。我提到，占比7%的口语非常重要，让我们保持交谈。而大家知道自然语言处理中，仍然有隐晦的暗示。我们仍然需要技术发展，使机器更加精巧和智能。有许多方法可以改善情绪或保持良好的心理健康。大家知道，现在在上海、北京、新加坡或日本生活的孩子。他们问：“妈妈，爸爸，你们到底爱不爱我？”而不是“你给我多少零花钱？” 所以，爱很重要。因此，要注意自己的情绪和反应，以适当的方式表达你的感受。而机器人是我们的伙伴，我们可以放心地和它交谈。这能解决社会中的一些情感问题，我可以在这里展示。我希望大家关注同事和孩子们的健康。

接下来我想和大家分享的是机器人技术融合的前沿进展。

机器人比人类强大得多，尽管他们是我们人类设计的机器人、人工智能、材料、医学、伦理学。如果它们结合起来成为人类的一部分，我们就能舒适地生活。大家可以看到，从简单的开始，一开始是一个固定的机器人，一个协作的机器人。

这是著名教授Li Yanai，他正在英国开发协作机器人，而这是一个移动机器人，很灵活。这是一个智能机器人在给我拥抱，还有智能制造项目的机器人系统。因为人工智能机器人技术、控制、通信。这些技术使机器人系统成为可能，通过机器人系统的性能评估。机器人技术和人工智能结合的前沿发展，大家可以看到这是虚拟的，而它与硬件连接的地方是设备。一个在房间里，一个在观察房间，他们之间是相互对应的。正如我所说的带有人工智能的机器人在空中、在水上、在网上的应用。这其实是在水中，有输出限制的液化天然气运输船的动态控制是在水中和水面上。Yang Xiaolin为我们的海上工程做出了贡献。

现在，我将为大家介绍一些带领新加坡机器人和人工智能技术前沿发展的研究团队。

首先， Pey Yuen Tao来自新加坡制造技术研究院。他正在做模块化可重新配置的移动机器人。模块化的机器人，基本上可以根据需要进行连接、移动和重新配置。这实际上是预训练方法的中心引导嵌入。这是半监督的学习方法，这是全新的模块化执行器，以实现软件和混合机器人。这是自适应的灵活的机器人用于HMLV操作中的机器人操作的数据效率人工智能。

这是我的朋友，高级机器人中心的主任，而这些实际上是来自非结构化和人类环境的日常机器人技术。从结构化环境——人与机器人分离，到非结构化环境——人与机器人的互动。这是为机器人设计的工厂，这是智能机器人在适应为人类设计的空间。这实际上是为了更加优化机器人的身体、硬件、智能机械，往软机器人的方向发展，也让软件机器人有更好的头脑、综合感知、计划、执行、控制和学习，以及理解运动和任务。另一个是以人为中心的机器人技术，了解人类的运动和行为。还有了解合适的自主水平以及如何协作，这是我朋友和他一直在做的事情。这辆车正在校园里自动驾驶，校园里还有走动的学生和教授。这是密集型融合，这是语音控制，这是Marcelo Ang。

我的另一位朋友，来自南洋理工大学的I-Ming Chen教授和他的国家机器人研发计划——建筑业的机器人技术4.0。大家可以看到PPVC和预制厂，现场安装、现场建筑工作。这是在开发集成和连接的解决方案，以提高预制构件生产过程的自动化。PPVC元件从工厂生产到现场安装，让未来的数字化建设得以实现。这是WP1、WP2、WP3、WP4。我们有智能网络物理系统和用于现场项目监督的机器人，还有高负荷移动机器人，用于多层建筑。以及PPVC和智能连接器的自动化安装。

我的另一位同事，来自新加坡国立大学的Cecelia Laschi，从事软机器人研究。软机器人技术可以应用于建造软内窥镜，在人体内部导航，进行诊断或治疗。软机器人也可以在康复中与病人进行更有效的互动，还有协助制造的软件。软机器人技术未来可期。软机器人部件、神经网络和控制装置甚至可以飞行。从基础研究到医疗保健应用 可以开发的东西还很多。

恭喜Cecilia Laschi 这是我的另一位同事和朋友Louis Phee，他在南洋理工大学的转印品方面取得了成功，他发明了这种主从式经皮内窥镜机器人。未来机器人手术面临的真正挑战是，不再是机器人对传统程序和手术手势的单纯模仿和替代，而是探索全新的手术。这种全新的手术只有通过机器人/机电工具与人类外科医生一起才能完成。他的研究已经进行成果转化。希望大家有机会和Louis Phee教授交流，看看他的研究对医疗保健有什么贡献。

这是我另一位朋友，我的大哥Danwei Wang。我读了他的一些论文，他现在正在圣淘沙用自动驾驶扫路车，增强现实体验进行公共部门的5G试验。已经开始了十项试验，政府的目标是到今年年底，公共部门在圣淘沙进行15个现场试验，到2023年上半年至少进行30个试验，恭喜Danwei Wang。

然后是自动驾驶的道路清扫车和运送食物的机器人。基本上机器人通过人工智能到处移动，我的另一位好友Lihua Xie。她的万能导航系统是非常灵活的，导航系统解决方案。这里也有一段视频。关键技术：动态环境感知、智能路径规划、精确运动控制。在2D/3D地图中重新定位，快速自动停靠/充电、灵活的车队管理、可扩展的操纵器集成以及多模式语义SLAM 静态、高度动态的。大家可以看到不同的传感器和不同的智能，是如何生成动态地图系统的。

正如我所提到的，国际机器人从服务到自主机器人和社交机器人。这就是我们建立的社区。Agnieszka和Serena是我们的主编，而我是创始主编，来自斯坦福大学的Oussama Khatib教授是创始联合主编。这就是我们的期刊，还有我们将参与的会议。我们将于2022年12月13日至16日在意大利佛罗伦萨举行会议，欢迎并邀请各位参加，我们在那里见。如果大家有兴趣可以参考一下，非常感谢各位！当然也要感谢所有做出贡献的成员、我的学生、同事和朋友。非常感谢各位，祝会议取得圆满成功！

——Sam Ge