机器人的概念最早可以追溯到1920年波兰画家卡雷尔恰佩克的悬疑作品《罗苏姆通用机器人》。但经过100年的发展,大多数机器人仍然面向工业应用。 他们挥舞着数条机械臂,配备履带或轮式发动机,在人工生产线上完成各种任务。
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这种机器人离日常生活太远了,和我们基本没有交集。 你心目中的机器人可能更倾向于悬疑类作品,比如电影《星球大战》中的机器人C-3PO,还有电影《电脑娃娃》中更接近人形、可以陪伴我们的家庭机器人以及“人工智能” 。 看完那些悬疑的作品,儿子们的第一反应就是希望爸爸能马上给自己买一个这样的机器人,眼神萌萌的。
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以目前人类的科技发展水平,制造出和真人一样外形的机器人并不难。 甚至皮肤也可以像人一样。 比如美国几年前就推出了“仿真机器人”。 照顾儿子,洗衣做饭,管家的愿望很快就会实现。 但实际上,只有像扁平巧克力盒一样的“扫地机器人”吸尘器,离我们梦想中的“机器人”还差得很远。
这些理想与现实不同的关键在于,我们期望的机器人应该像“人”而不是“机器”。 虽然机械手和机器脚的功能已经基本接近人类,但组合起来也只是“机器”,距离“人”的标准还有很大距离。 与机器相比,人最大的特点就是“聪明”。 等机器人至少能有这个功能后,我们再把机器人(而不是遥控玩具)买回给女儿。
什么是“智能”机器人? 就像我们夸孩子一样,“你真聪明,教一次就什么都会”。 然而,如今的机器人只能根据程序不断执行预先设定的任务,不具备人类那样强大的学习能力,因此难以有效应对每个家庭的独特需求。
以目前计算机技术的发展水平,要求机器人一下子什么都“聪明”是不现实的。 虽然近年来出现了深度学习等优秀的软件算法,但服务机器人的各种功能都是预先编程好的,无法满足千家万户的各种特殊情况和需求。 想要让机器人重新为用户服务,还需要大量科技工作者发挥主观能动性,尽可能利用现有条件,打造出满足用户需求的家用机器人。尽可能多的用户。
道路识别功能让机器人变聪明
对于家政服务机器人,尤其是陪伴儿子,它们至少要在两个方面“聪明”才能被用户认可:穿梭于卧室时会认路,会观察主人的情绪来提供服务。贴心服务。 这是对家用机器人最基本的要求。
首先,为了完成主人布置的各种任务,比如端茶倒水、搬运东西、打扫卫生,机器人要在书房、卧室、厨房之间来回穿梭。
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机器人认路的关键是始终知道“自己的位置在哪里”。 在室外,机器人可以通过北斗等全球卫星定位技术进行实时定位。 但在室外,卫星的自主定位就会失败,因为建筑物的屋顶挡住了天空中卫星的导航信号。 作为家用机器人清洁机器人科幻画,其大部分工作时间都在家里,因此研究人员必须为机器人设计一种新的户外自主定位方法。 最直接的方法就是模仿人类视觉的原理,开发机器人视觉自主定位技术,使机器人拥有像人眼一样的电子眼。 主人带领机器人绕着房子的卧室和过道走来走去。 你应该知道你在哪里。
为了实现这一目标,不仅机器人视觉系统必须配备高清摄像头,还需要强大的视觉处理算法软件。 但目前在算法上仍难以满足这一要求。 有一个问题被研究人员统称为“被强奸的机器人”:就像人被蒙住眼睛劫持到一个新的地方,不认识路一样,如果不小心碰到或踢到机器人咔哒一声,它就会不小心滑出一段距离,机器人之前听到的场景消失,快速切换到其他场景。 这时,机器人无法重新定位,不知道自己在哪里清洁机器人科幻画,突然迷路了。 出现这个问题的原因是目前机器人视觉系统的分析能力不足,只能依靠增量地图导航。 所谓增量地图是指机器人通过估计当前时刻与前一时刻所见同一场景的位移和连接方向来推断机器人的运动量,并不断累加每一时刻所观察到的位移,从而计算出其移动量。自己的运动轨迹。 这些导航技术有很多缺点,容易受到干扰。
针对这一问题,航天信息创新院的研究人员正在开发一种基于图像内容的全球地图定位技术。 利用这些技术,机器人只需要在主人的带领下,在每个房间里走一圈,为每个房间和过道拍摄一组照片,形成一张地图,然后结合当前看到的风景就可以定位自己。视野与地图。 通过匹配照片中的场景,你可以知道自己身在何处,就像人眼自主判断自己的位置一样,可以根据实时定位结果准确计算出自己的运动轨迹。 实验结果如右图所示。
情感识别让机器人体贴
“情”是人对机器“人”的另一个重要要求。 什么是“人”? 即要有七情六欲。 机器人虽然不能做出七情六欲一样丰富的表情,但至少要能观察主人的情绪。 根据主人心情的变化及时提供相应的服务是最基本的要求。 如果机器人在主人难过的时候用尖锐的语气跟主人说话,这样硬朗的机器人就不会很受欢迎。
以“情感”为目标,机器人首先要借助视觉系统观察主人的情绪,然后通过观察言语和表情为主人提供最合适的服务。
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虽然目前有很多视觉情绪识别软件和手机APP可供你使用,只要你用手机拍一张脸,手机就会立刻显示出人的情绪,但是很少有机器人能做到认识情绪。 究其原因,主要是机器人大部分时间只能看到不合作的正面,机器人不可能要求主人仍然面向自己,也不能一直坐在主人面前盯着它看,否则会对主人的日常生活造成严重干扰。 因此,机器人通常只能坐在主人的一侧,“观察”正面的言谈举止。 然而,现有技术大多只能解决侧脸情感识别。 面对正面时,非合作人脸在自然状态下姿势多变,任何方向的人脸都可能被视觉传感器捕捉到。 正面在成像时会包含很多变体。 面部特征和面部皮肤的情绪特征会减弱甚至消失,情绪识别的准确性会受到严重干扰。 为此,如果不能解决任意姿势的人脸,尤其是正面的情感识别问题,机器人就无法被广大用户所接受。
针对这个问题,研究人员正在开发一种情绪识别技术,可以识别任何姿势的人脸。 该技术的核心是将任意姿势的人脸重构为侧脸,并消除非匹配人脸带来的干扰。 基于重建的侧脸,可以实现准确的情感识别。 实验结果如右图所示。
机器人自主导航和识别他人情绪这两项任务已经取得了较好的实验效果。 当今的主要科研任务是提高核心算法的稳定性。 最终目标是让机器人能够在任何复杂的家居环境中进行精准的导航定位,对任何姿势和背部姿势的家人进行精准的情绪识别。
几六年前,当我们还是孩子的时候,在看描述“明日的未来世界”的悬疑系列和科幻小说时,总是憧憬着“到时候我也会有一个这样的机器人”。 经过科研人员几年、六年的努力,“明天”即将变成“今天”,童年梦想的“智能”机器人正式实现。 他们总是温柔体贴地陪伴着我们的儿子,就像守护天使一样!
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