隨著人工智能大潮席卷而來，作為人工智能最理想的載體和新一代智能機器典范的機器人產業(yè)，正處于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的風口浪尖，可望重塑傳統(tǒng)制造業(yè)與現代服務業(yè)，滿足“互聯(lián)網”時代人們對智能制造、智能服務與智慧社會舒適生活的需求與渴望。

時至今日，我國產業(yè)轉型升級的剛性需求、“中國制造2025”國家戰(zhàn)略的強力推動，以及支撐下一個萬億元級的智能服務與智慧生活產業(yè)的需求，構成了中國人工智能機器人發(fā)展的歷史新機遇。

從機械化、電氣化、自動化一路走來，人類社會已邁入信息化并正走向智能化時代。以工業(yè)機器人為代表的自動化技術日趨成熟，并已面向千企萬廠進行推廣應用，但由于缺乏智能，通常只能替代5%以下的加工工序，使用范圍有限。因此發(fā)展“少人化”或“無人化”的主要途徑之一就是完成機器的“數字化”、“網絡化”，并逐步實現“智能化”。與此同時，面向千家萬戶的智能服務與智慧生活的強勁需求，通過聊天機器人與智能助手等與人工智能的結合，為我國現代服務業(yè)的跨越式發(fā)展帶來了新的機遇。總之，發(fā)展環(huán)境適應性與自主性好，且移動靈活、操作靈巧的智能“硬件”機器人和發(fā)展可獲得人類水平體驗的智能“軟件”機器人，對我國機器人產業(yè)的戰(zhàn)略布局而言，可謂“機”中有“危”，“危”中有“機”。

人工智能大潮席卷而來

60年之前的1956年，麥卡錫在英國達特茅斯學院召開的首屆夏季研討會上，正式創(chuàng)立了“人工智能”的概念。

會議將人工智能界定為“研究與設計智能體”，而且把智能體定義為“能夠感知環(huán)境并采取行動使成功機會最大化的系統(tǒng)”，即智能體被定義為一種能夠適應環(huán)境的機器。

根據上述設想，人工智能一直沿著以下三個方向發(fā)展：

一是感知智能，即對直覺（intuition）或感知行為的模擬，如視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺、力覺、滑動覺、溫度體感等；

二是認知智能，即對人類深思熟慮行為的模擬，包括推理、規(guī)劃、記憶、決策與知識學習等高級智能行為；

三是行為控制或對行動的模擬，如操作（manipulation）與移動(mobility)功能的實現。

經過數十年的發(fā)展，從感知智能的研究中衍生出模式識別、機器學習、計算機視覺等研究領域；而從對行動的模擬中產生了機械臂與移動機器人。

上世紀60年代到80年代，人工智能的主流研究方向是推理、專家系統(tǒng)與決策支持等符號主義的認知智能；進入上世紀90年代，統(tǒng)計機器學習的研究開始得到較快的發(fā)展；進入21世紀，特別是2012年以來，在日新月異的“互聯(lián)網”時代，基于大數據、GPU集群服務器的深度神經網絡取得空前成就，正有力地推動著機器視覺、語音識別和自然語言理解等感知智能的迅猛發(fā)展，弱人工智能正進入所謂“大數據深度學習”的時代。

最近三年，深度學習開始與再勵學習、長短期記憶網絡（LSTM）進行結合，同時也出現了類似于人類“舉一反三”的小樣本概念學習、知識蒸餾與遷移、深度無監(jiān)督學習、人工智能新聞寫作、金融大數據、醫(yī)療大數據等自動閱讀與自主知識學習，以及人工智能聊天機器人與虛擬助理等最新進展。通過感知與認知的結合，使認知智能在新的起點上出現了快速發(fā)展的端倪。

在60年的發(fā)展歷程中，人工智能可謂“三起兩落”。

·IBM的超級電腦程序“深藍”于1997年擊敗國際象棋大師加里卡斯帕羅夫。該公司研究的自動問答系統(tǒng)，于2011年2月在美國最受歡迎的智力競答電視節(jié)目《危險邊緣》中戰(zhàn)勝了人類冠軍。

·自2012年開始，深度卷積神經網絡在多項國際著名的評測比賽（如視覺物體識別、人臉識別與交通標志識別）中，達到甚至超過人類的識別能力。深度監(jiān)督學習成為機器視覺、語音識別與文本理解的主流方法。

·計算引擎與人工智能芯片快速發(fā)展，IBM于2014年推出的TrueNorth類腦芯片，集成了100萬個發(fā)放神經元，具有2.56億個突觸連接，但功耗僅為63毫瓦，正有力地推動非馮諾依曼新體制計算機的革命性發(fā)展。

·IBM沃森醫(yī)生，結合深度學習后獲得了更強的數據分析與挖掘能力，在某些細分疾病領域已能提供頂級醫(yī)生的醫(yī)療診斷水平。

·目前的社交新媒體和互動平臺中，AI聊天機器人和AI虛擬助手，正在崛起。例如微軟的Tay和小冰聊天機器人，Facebook的Messenger，基于IBM沃森開發(fā)的JillWatson助教機器人，以及Apple的Siri語音助手，Amazon的Alexa智能助理和微軟的Cortana等。

·谷歌DeepMind分別于2015年2月和2016年1月，在《Nature》上發(fā)表的深度Q-網絡（DQN）和人工智能圍棋程序AlphaGo，提出并見證了深度再勵學習的驚人能力，其中DQN在49種Atari像素游戲中，29種達到乃至超過人類職業(yè)選手的水平，AlphaGo以4:1完勝世界圍棋冠軍李世石職業(yè)九段。

發(fā)展AI機器人：

重塑我國傳統(tǒng)制造業(yè)和現代服務業(yè)

隨著人工智能（AI）與機器人、大數據、云計算、（移動）互聯(lián)網、物聯(lián)網、虛擬現實等的深度融合，人工智能技術與產業(yè)開始扮演著基礎性、關鍵性和前沿性的核心角色。AI機器人正逐步獲得更多的感知與決策能力，變得更具自主性、環(huán)境適應能力更強。

“互聯(lián)網”時代的智能服務與智慧生活，也開始體現出更加接近人類水平的用戶體驗和更加自然的人機交互、人機協(xié)作與人機共融的發(fā)展趨勢。與此同時，AI機器人的應用范圍從制造業(yè)不斷擴展到家庭、醫(yī)療、康復、娛樂、教育、軍事、空間、航空、地面、水面、水下、極地、核化、微納操作等專業(yè)服務領域，人工智能開始占據現代服務業(yè)的核心地位，并不斷滲入人們的日常生活。

總之，人工智能的學術與產業(yè)距離正不斷縮短，人工智能與機器人之間已變得密不可分。以環(huán)境適應性為標志的人工智能技術，高度體現了新一輪產業(yè)變革的主要特征。由此進化出的AI機器人，則有可能推動本世紀最重要的“第四次工業(yè)革命”，帶來深刻的社會變革。始自18世紀末的工業(yè)革命，先后經歷了機械化與電氣化時代，人們發(fā)明了蒸汽機車、機床、起重機、收割機、縫紉機等，這些機械設備的發(fā)明旨在減輕人類的體力勞動。從20世紀中后期開始的信息革命，通過“信息技術”，引發(fā)傳統(tǒng)機械設備的升級換代，帶來了諸如電冰箱、洗衣機、機械臂和自動導引車（AGV）等機電一體化產品。

與機床等制造業(yè)中的傳統(tǒng)機械設備相比，機械臂更具通用性，它的多關節(jié)機械手，由于模仿人類的手臂，表現出多功能的特征，即一類機器可以從事多項不同的工種，如焊接、噴漆與搬運等，其中的可編程示教的控制器，使機械臂能夠適應不同的工作流程。

一是傳感器及其感知智能（基于攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲、紅外、麥克風陣列、力覺傳感器、觸覺傳感器、GPS、IMU、編碼器等的分類與理解；模擬人類的感官及視聽覺通路等；物理空間至信息空間）；

二是認知智能（決策、規(guī)劃、推理、經驗與知識學習；模擬人腦皮層前額葉等；信息空間至物理空間）；

三是執(zhí)行機構（移動、操作機構；模擬人類的四肢；信息空間至物理空間）。

它們根據智能程度與反饋的信息粒度及層級，形成多個閉環(huán)。因此機器人是一個典型的信息-物理系統(tǒng)（cyber-physicalsystem，CPS），其上述三個組成部分正好對應于人工智能的三個主要研究方向。

第一代機器人，是指以傳統(tǒng)工業(yè)機器人為代表的機電一體化設備，關注的重點是移動或操作功能的實現，使用了一些簡單的感知設備，如關節(jié)編碼器、磁條/磁標傳感器等。研發(fā)重點是機構設計、驅動、運動控制、規(guī)劃、導航與傳感信息處理等。強調機器的通用性與軌跡跟蹤精度，智能程度較低。

制造領域的代表性產品是六自由度機械手、SCARA平面關節(jié)式機器人和磁條導引AGV，服務業(yè)中的成功案例為無人機（循線跟蹤）。

這類機器通過示教編程或循線跟蹤，僅能在工廠等封閉的結構化環(huán)境中，替換某些工位或工種設定的簡單及重復性工作。“機器換人”的替代率約為5%。

第二代機器人，也稱之為AI機器人，其特點是具有部分環(huán)境感知、決策、規(guī)劃與自主導航能力，特別是具有視覺、行為、語音與文本等模式識別與自然交互能力，因而具有較強的自主性和環(huán)境適應性（即弱人工智能）。在機構設計方面，則更加強調操作的靈巧與移動的靈活，以及安全、高效與節(jié)能等。核心是需要獲得部分環(huán)境感知與決策等人工智能能力。

在制造業(yè)中，目前已有美國RethinkRobotics公司的Baxter（2013）和Sawyer（2015）人機協(xié)作機器人、瑞士ABB公司的YuMi雙臂機器人，以及丹麥Universal公司的UR系列機器人等。

服務業(yè)中的成功案例是美國iRobot公司的Roomba家用清掃機器人（2014年實現營收55.68億美元），美國IntuitiveSurgical公司的達芬奇外科手術機器人（2014年全球裝機容量達3840臺，手術案例53萬，實現營收27.4億美元），以及BostonDynamics公司一系列具有高機動性的先進腿式移動機器人（例如新一代Atlas、大狗和獵豹等）。

總之，具有環(huán)境適應能力的第二代AI工業(yè)機器人，實現制造業(yè)中的“機器換人”，可替換工序高達60%。形成全機器閉環(huán)后，甚至可實現完全無人的智能制造。

隨著以深度學習為主要標志的弱人工智能的迅猛發(fā)展，在大數據的支撐下，機器視覺與語音識別能力要接近人類水平，面向某些制造業(yè)的大規(guī)模“機器換人”才有可能實現，其對制造業(yè)的經濟貢獻將是傳統(tǒng)工業(yè)機器人的數十倍。

同樣，由于人工智能發(fā)展有可能帶來的具有人類水平的表情、行為、語音與語調等自然交互能力，再加之移動靈活、操作靈巧的機構設計，基于云計算和物聯(lián)網等，消費級的AI家庭/個人服務機器人產業(yè)才有可能最終落地。

除了這些具有動作輸出的AI機器人（可稱之為智能硬件機器人）在制造業(yè)與現代服務業(yè)中的應用之外，還有大量輸出信息的AI機器人，如前述的各種AI聊天機器人和AI虛擬助手（可稱之為智能軟件機器人），更加廣泛地應用于智能服務與智慧生活中，與人類共存共融。

我國機器人產業(yè)發(fā)展面臨的困局與歷史新機遇

嚴峻挑戰(zhàn)

在國際金融危機之后，無論是美國的再工業(yè)化計劃（2011），還是德國的工業(yè)4.0計劃（2012），以及日本的機器人新戰(zhàn)略計劃（2015），其核心都是力圖重振本土制造業(yè)，強化高端優(yōu)勢。為達到上述戰(zhàn)略目標，亟須生產與服務流程的進一步信息化（數字化、網絡化）與智能化。

在制造業(yè)中，傳統(tǒng)的機械加工設備，如關節(jié)型工業(yè)機器人，目前技術雖已成熟，但全球產業(yè)布局已事實上形成日本發(fā)那科、日本安川電機、德國庫卡和瑞士ABB“四大家族”的格局。

這些壟斷性跨國集團在核心零部件、系統(tǒng)集成、市場占有率等各個產業(yè)鏈環(huán)節(jié)均具有明顯的競爭優(yōu)勢。我國在精密減速器（RV、諧波、行星齒輪）、高精度伺服電機、伺服驅動器、高性能嵌入式控制器等核心零部件方面，一直受制于國外壟斷性產品。

國產關節(jié)型工業(yè)機器人整機產品，其性價比與平均無故障間隔時間等，至少落后于世界先進水平5~10年。國產AGV系列產品長期處于價值鏈低中端，市場份額低，激光雷達等關鍵傳感器，還必須從日德美進口。

此外，傳統(tǒng)工業(yè)機器人利用示教編程，只能替換某些工位或工種設定的簡單及重復性工作。時至今日，富士康的“百萬機器人換人”計劃進展不夠理想，技術上的原因之一就是機械臂的“傻大笨粗”及缺乏智能。

目前，電子制造業(yè)中的工業(yè)機器人，主要應用于前端的高精度貼片和后端的裝配、搬運等環(huán)節(jié)。在絕大多數中間環(huán)節(jié)，由于機械臂不如人類靈巧，移動也不如人類靈活，因此還無法真正實施“機器換人”。要實現“中國制造2025”，迫切需要研制一批具有一定環(huán)境適應能力的新一代AI工業(yè)機器人。

在現代服務業(yè)，AI服務機器人有望成為繼電視機、個人電腦、游戲機、智能手機之后，成為第五大類智能硬件。AI服務機器人包括個人/家庭服務機器人和專業(yè)服務機器人（也稱特種機器人）。

近年來，主要發(fā)達國家將AI服務機器人的發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，并制定詳盡的技術發(fā)展路線圖。作為機器人技術的發(fā)源地，美國長期關注于軍事、醫(yī)療等專業(yè)服務機器人和清潔等家政服務機器人的研發(fā)，一直保持著國際領先的技術水平。

2013年3月，美國發(fā)布了《機器人路線圖從互聯(lián)網到機器人》，將機器人定位于與上世紀互聯(lián)網同等重要的地位。最近發(fā)布的美國《2016總統(tǒng)經濟報告》甚至認為，對于美國經濟來說，機器人如同蒸汽機的問世一樣重要。

近期，日本將機器人的研發(fā)和生產重點轉向能夠護理病人、料理家務和陪伴老人的家庭服務機器人，以此作為迎接老齡化社會和解決勞動力短缺的重要技術途徑。

與此同時，歐盟也啟動了全球最大的機器人研發(fā)計劃SPARC，涵蓋了農業(yè)、健康、交通、安全和家庭服務等領域。

國際AI服務機器人產業(yè)的激烈市場競爭表明，互聯(lián)網時代的IT巨頭，利用雄厚的資本實力，通過并購方式在全球快速整合傳統(tǒng)服務機器人企業(yè)。服務機器人的多樣化應用，使其對人工智能技術的發(fā)展具有迫切的需求。與此同時，這些跨國IT企業(yè)意識到，未來必須向智能硬件和實體經濟發(fā)展，因而具有跨界進軍的強烈意愿。

AI服務機器人屬于前沿新興產業(yè)，技術的先進性和成熟度決定了企業(yè)能否在激烈的市場競爭中占據一席之地。縱觀全球領先的AI服務機器人龍頭企業(yè)，均具備一流的科研團隊和強大的研發(fā)實力，創(chuàng)始人多為機器人領域的專家、教授，且已掌握關鍵零部件和核心技術，占據了全球AI服務機器人的絕大部分市場份額。

中國近期雖出現了許多機器人創(chuàng)新企業(yè)，但引領性的關鍵技術掌握不多，所占全球市場份額很小，高端產業(yè)低端化的現象嚴重，在AI服務機器人全產業(yè)鏈的上游（關鍵零部件或材料，核心是傳感器）、中游（系統(tǒng)集成、操作系統(tǒng)與云平臺，核心是人工智能）和下游（包括家用、個人、娛樂、教育、醫(yī)療、物流、軍事等垂直領域）等各個方面，均面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。

總體而言，一方面，中國的工業(yè)化進程雖已基本達成，但自動化、信息化（數字化、網絡化）的歷史任務還未全面完成，工業(yè)基礎與能力尚待強化，機器人中的先進傳感器、精密減速器等核心零部件還受制于人，產品長期處于價值鏈的中低端。另一方面，智能化的產業(yè)發(fā)展趨勢日益明顯，人工智能等共性關鍵技術急待突破。中國“制造強國”之夢與“互聯(lián)網”時代對發(fā)展新一代AI機器人的剛性需求，確實存在著歷史與現實、補課與超越的雙重擠壓。

歷史新機遇

隨著信息革命的不斷深入，特別是近期“互聯(lián)網”的發(fā)展，信息化（數字化、網絡化）與智能化已成為產業(yè)的主要發(fā)展方向。正在迅速增長的對人工智能核心關鍵技術的巨大需求，使人工智能的科學價值與應用價值得到高度統(tǒng)一，學術與產業(yè)距離不斷縮小。緊扣以深度神經網絡為標志的弱人工智能新突破，有望令面臨嚴峻挑戰(zhàn)的中國制造業(yè)和現代服務業(yè)，實現彎道超車，并帶來轉型升級甚至跨越式發(fā)展。

目前，智能制造、智能服務與智慧生活還剛剛開始，AI機器人的應用領域正不斷拓展，新的產業(yè)發(fā)展方向正在逐步形成之中。

我國第一代機器人的研發(fā)始自20世紀70年代后期。1986年底開始實施的國家“863計劃”，設置在自動化領域專家委員會下，同時設置了CIMS和AI機器人兩個主題專家組。自此，我國機器人技術的研究、開發(fā)和應用，從自發(fā)、分散、低水平重復的起步狀態(tài)，進入了有組織、有計劃的規(guī)劃發(fā)展階段。

時至今日，產業(yè)升級的剛性需求、“中國制造2025”國家戰(zhàn)略下的AI工業(yè)機器人發(fā)展，以及“人工智能”新常態(tài)下人們對智能服務或智慧生活的渴望，都有望轉化為推動中國AI機器人發(fā)展的歷史新機遇。

研發(fā)新一代AI工業(yè)機器人產品（如具有一定的環(huán)境適應能力、作為一種柔性靈活的端設備、其“機器換人”的可替換率高達60%），或出現更多的消費類AI服務機器人產品（如消費類無人機、無人車、家庭/個人機器人），或實現智慧生活的網絡化與云端化（例如智能家居、智能交通、養(yǎng)老助殘、醫(yī)療保健等行業(yè)的AI虛擬助手或AI聊天情感陪護機器人）有望加速來臨。

“中國制造2025”國家戰(zhàn)略下AI工業(yè)機器人的發(fā)展方興未艾。

近來，國內人工成本持續(xù)上升，但全球范圍內工業(yè)機器人的制造成本卻在不斷下降。雙重擠壓導致工業(yè)機器人的需求在2013年左右出現拐點。例如，購置一臺焊接機器人可替換3名工人，每臺大約需要23萬元。目前長三角、珠三角等沿海地區(qū)一名普通焊接工人的雇傭成本約為6萬元/年。因此，“機器換人”的成本回收期，已顯著縮短為1.5年。此外，我國的工業(yè)機器人使用密度仍然較低。據統(tǒng)計，目前全球平均每萬名工人擁有66臺工業(yè)機器人，中國的機器人密度僅為36臺。而在工業(yè)發(fā)達國家（韓國478臺/萬人、日本314臺/萬人、德國292臺/萬人），遠超中國，我國裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向新一代智能制造裝備轉型的重要歷史時期。

AI服務機器人有望成為信息空間聯(lián)系物理空間的理想載體。

通過與人工智能及大數據的深度融合，服務機器人有望成為繼PC、手機之后的新一代AI硬件機器人。利用精細化分工和跨界整合，現有的大部分AI機器人將進化為增加了靈活移動或靈巧操作能力的、具有“類腦”的AI服務機器人，以實現丟掉屏幕、擺脫雙手、面對面自然交互、人機協(xié)作或自由交流的目的，最后再進化到真正的人機共融。AI機器人最終將以“人”的形態(tài)出現，深刻改變人類社會。

事實上，在世界范圍內，AI服務機器人作為新興產業(yè)，目前尚未有類同工業(yè)機器人一樣的“四大家族”式的全球AI服務機器人領軍企業(yè)，及占絕對支配地位的全線產品。相對于AI工業(yè)機器人，AI服務機器人對精度和速度的苛刻要求較低。

由于其大多工作在非制造領域的非結構化環(huán)境，因而對人工智能的要求很高。相應地，工業(yè)機器人產業(yè)的核心零部件壁壘，如對精密減速器和高性能伺服電機的要求則大大降低，而對先進傳感器，機器視覺（物體檢測、定位、識別；情緒、手勢、行為）、語音或音調識別、文本理解、數據深度挖掘等感知智能（環(huán)境感知）和對決策、規(guī)劃、經驗學習等認知智能的需求，則將遠遠超過工業(yè)機器人。

“人工智能”新常態(tài)下人們對智能服務或智慧生活的渴望正在倒逼AI軟件機器人的發(fā)展。

以“大數據深度學習”為代表的人工智能，在計算引擎和云平臺的支撐下，將有力地推動AI軟件機器人產業(yè)的發(fā)展。“人工智能”為“三元世界”中的虛擬信息世界帶來了對“信息”的環(huán)境感知、推理規(guī)劃、行為決策、控制操作、經驗/知識學習和人機自然交互等，使信息世界的AI軟件機器人與物理世界的AI工業(yè)機器人和AI服務機器人，進行交互與碰撞，完成跨界的交融，讓智能服務與智慧生活走進千家萬戶，給人類社會帶來深刻的變革與影響。

總之，AI機器人、人工智能、大數據、智能制造與云服務的深度融合，有可能引發(fā)一輪新的技術革命和產業(yè)變革。在工業(yè)機器人領域，通過關鍵零部件的重點突破，參與“四大家族”的國際競爭之路或許仍然艱難。但在AI服務機器人領域，受核心關鍵零部件的制約較低，我們與發(fā)達國家的技術差距并不是太大，在市場規(guī)模與政府支持力度方面，甚至還具有一定的優(yōu)勢。

隨著我國人工智能的不斷崛起，我們在AI軟件機器人方面與國外發(fā)達國家?guī)缀跆幱谙嗤漠a業(yè)起跑線上。如果能抓住歷史機遇，就很有可能實現AI機器人產業(yè)的重點突破，乃至齊頭并進與超越引領。

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