随着2022北京冬(dōng)奥会日益临近,与冬奥(ào)相(xiàng)关(guān)的诸(zhū)多高科(kē)技产品日益成(chéng)为“网红”。
灵活避让(ràng)障碍(ài)、身姿矫(jiǎo)健(jiàn)通过(guò)旗门、人机交互(hù)并肩滑行……近(jìn)日,一个六足滑雪机(jī)器人亮相(xiàng)沈阳(yáng)滑雪场,灵活(huó)的(de)身形和优(yōu)美的(de)姿(zī)势吸引了众多目光。记者(zhě)了解到,这款滑雪机器人(rén)由上海(hǎi)交通大学自(zì)主研发,还获(huò)得了(le)科技(jì)部国家重点研发计(jì)划“科技冬奥(ào)”重点专项支持。
无独有偶,在滑雪赛场(chǎng)之外,后勤(qín)服务也(yě)因(yīn)加(jiā)载“硬核科技(jì)”而吸(xī)睛。这两天,北京冬奥会、冬残奥会主(zhǔ)媒体中心的智慧餐厅(tīng)走进公众视线。在这家餐(cān)厅,从厨师到服务(wù)生均为机器人,消(xiāo)费者只需扫码点单,色香味俱佳的佳(jiā)肴就会通(tōng)过空中云轨(guǐ)自(zì)动送达对应餐桌上空,呈现在用户眼前。会“掂(diān)勺”的机(jī)器人(rén)大厨(chú)更是凭借(jiè)厨艺征服了中外记者的味蕾(lěi)。而这个(gè)智慧餐(cān)厅的(de)主要设计人(rén)之一,同样来自上海交大。
在接受(shòu)记者采(cǎi)访时,上海(hǎi)交(jiāo)大(dà)的研究人员不约而(ér)同地指(zhǐ)出:未(wèi)来,智能机器人技术应用前景(jǐng)广阔,更多“人机共融”模式(shì)的开(kāi)启将为科技与娱乐的全(quán)新融合提供(gòng)无(wú)限可能。
“六(liù)条腿”滑(huá)雪机器人
能在真实环境中(zhōng)穿行
和机器人一起滑雪(xuě),相信大多数人(rén)都没体验过。由上(shàng)海交通大(dà)学高峰(fēng)教授领(lǐng)衔、上海交通(tōng)大学(xué)机械(xiè)与动力(lì)工程学院(yuàn)和电子信息与电气工程学院组成的足(zú)式(shì)机器人研究团(tuán)队研制的一款六足滑雪机器人,不仅(jǐn)能(néng)高速滑(huá)雪,还能躲避人群、自己规划最优(yōu)路线。
日前,在沈阳(yáng)滑雪(xuě)场,这款(kuǎn)滑雪机器人在初级与中级(jí)雪道中的测试中证明了自己具备敏捷(jié)的转弯(wān)、制动能力(lì)和(hé)强大(dà)的(de)自主感(gǎn)知、规划能力(lì)。它能在雪场高速滑行,遇到障碍物还能急(jí)转弯,继续保(bǎo)持自(zì)己矫(jiǎo)健的滑雪身姿,还能(néng)在滑行的过程中(zhōng)完成高山滑雪运动中的(de)“过(guò)旗门”任务。
这(zhè)款长有“六条腿”的滑雪机器人(rén)采(cǎi)用双板滑雪。中间的四条腿分成(chéng)两组(zǔ),每两条腿固定在一个滑雪板上,用于(yú)控制滑(huá)雪板的(de)位(wèi)置和姿态;两侧的(de)两条腿分别加(jiā)装了滑雪杖,用以模仿人(rén),实现点杖的功能。每(měi)个滑(huá)雪板具有五个(gè)自由(yóu)度,通过控制滑雪(xuě)板的(de)位姿可以实现滑雪的速度控制(zhì)、转弯(wān)和制动等功能。
“要知(zhī)道(dào),滑雪对(duì)人的(de)稳定(dìng)性和灵活性要求极高,设计机器人并研发控制系统参与滑雪活动,挑战不小。”高峰(fēng)介(jiè)绍,研究(jiū)团(tuán)队经过多(duō)次科研攻关,在(zài)机器(qì)人性能操控、感知规划等关键算法设计(jì)上取得(dé)了创新突破。
研究团队(duì)首(shǒu)先为机器人建(jiàn)立了“大脑”——智能系统,通过设(shè)计智能(néng)和行为智能的(de)有(yǒu)机融合,使得机器(qì)人能(néng)够(gòu)分析人的滑(huá)雪(xuě)行为数据,模仿人的(de)滑雪动作,适应户外雪面的环境特性,实(shí)现了自主(zhǔ)快速稳定地(dì)滑行。
在(zài)设计(jì)过(guò)程中,研究团队分别以(yǐ)人工遥控和自主规划的方式在滑雪机上对(duì)机器(qì)人身高、身体俯仰角、重心前后位置(zhì)、重心左(zuǒ)右位(wèi)置、左右雪板夹角、左右(yòu)腿高低、左右雪板前后位置进行控(kòng)制,完成速度控(kòng)制和转向控制的测试。其中,人工遥控稳定转(zhuǎn)向滑行(háng)最高(gāo)速可达3.2米/秒;自(zì)主规划匀速直线滑行(háng)最(zuì)高速可达5.17 米(mǐ)/秒,稳定转向(xiàng)滑行最(zuì)高速可达2.45 米/秒。正是这些关(guān)键技术(shù)的集合,使(shǐ)这款滑雪机器人通过无线(xiàn)远程人机交互控制,能在真实环(huán)境中实(shí)现(xiàn)在(zài)滑(huá)雪人(rén)群(qún)中穿行,在初级雪道和中(zhōng)级(jí)雪道完(wán)成高速滑雪和避(bì)障安全控制。它也能够(gòu)在户外初级(jí)和中级雪道自动完成(chéng)启(qǐ)动、滑行(háng)、转弯、制动,无需人为干预。
高(gāo)峰介绍,冬奥会结束后,这款机器人还可以结合当下5G、无线网络等先进技术,通过远程控(kòng)制,实现滑雪机器(qì)人同场竞技,创造电-机-竞的全新娱乐模式,为滑(huá)雪爱好者和青少年创造(zào)科技(jì)感十足的娱乐新风尚。
机器人化身“大厨”
会做近300道中式菜肴(yáo)
智能机器人(rén)不仅上得(dé)了“厅堂(táng)”,还入得了厨房。胡辣鸡块、干炒牛(niú)河、蒜蓉西兰花……冬奥会智能餐厅(tīng)出品的机器人烹(pēng)饪的各式菜肴,让人赞不绝(jué)口。不仅如此,餐厅(tīng)内(nèi)的机器(qì)人设备均支(zhī)持24小时运作,非常高效智(zhì)能。
“这个(gè)餐厅是按照标准化(huà)、模块化原则设计的,已经运(yùn)行了(le)一段时(shí)间。”智慧餐厅(tīng)的(de)主(zhǔ)要设(shè)计人之一,上海交通大(dà)学机械与动力工程学院机器人研(yán)究(jiū)所副研究员闫维新告诉(sù)记者,早在2005年他(tā)就开始关注烹饪机器人的研(yán)究与开发,还(hái)专门前往扬州学习(xí)厨艺。目前(qián)他(tā)已(yǐ)研发出60款以上餐饮服(fú)务类机器(qì)人。经过(guò)16年的(de)迭代更新,如今,亮相冬奥会智能餐(cān)厅(tīng)的机器人已掌握近300种中式(shì)菜肴,还(hái)会(huì)制作汉(hàn)堡、炸鸡(jī)和薯(shǔ)条等西式快(kuài)餐,口味完全不(bú)输(shū)专业厨师(shī)水准(zhǔn)。
下过厨的人都知道,中式菜(cài)肴包(bāo)含煎、炒、烹、炸、煮多项烹饪(rèn)工(gōng)艺。一道佳肴不仅讲究火候(hòu),对(duì)配料和调料(liào)的投(tóu)放也很(hěn)有讲(jiǎng)究(jiū)。对机器人而言,看似简单的过程,科技含量满满。比如,在机器人提供用餐服务的过程中(zhōng),必须有(yǒu)专(zhuān)业可靠的计(jì)算(suàn)机硬件担当其(qí)控制系(xì)统(tǒng)的基础支撑,才(cái)能确保机器人自学习(xí)、自(zì)决策(cè)等功能的实(shí)现,确(què)保机(jī)械模块有条不(bú)紊、精准无误地完成(chéng)开(kāi)盖(gài)、加油、填(tián)料等每一(yī)道工序。
那么,机器(qì)人大厨是怎(zěn)么保(bǎo)证(zhèng)口味和水准的呢?“这有点(diǎn)类似武侠(xiá)小说中见招(zhāo)拆(chāi)招的过程。”闫维新告诉(sù)记者,团队将(jiāng)烹饪全过(guò)程进行数(shù)字(zì)化和动作化凝练,总结为工具模块、锅(guō)具模块(kuài)、火控模块和(hé)投料模块4种(zhǒng)标准模块,将其结合在一起,再配合控制(zhì)系统进行复现,完成中餐(cān)的(de)标准动作(zuò)。比如大翻(fān)、小(xiǎo)翻、圆(yuán)周(zhōu)晃、直线晃等机械动(dòng)作,对应(yīng)的就是人类厨师的晃(huǎng)、颠(diān)、划、翻(fān)、推、拉、扬、淋等各种锅具(jù)运动。
“餐饮行(háng)业‘无接触’式用餐服务已成趋势,餐饮服(fú)务机器人市场前景光明。”闫维新介绍,除了(le)口(kǒu)味(wèi)稳定,能实现中餐烹饪的(de)标准化,节省人力成本等优点,餐饮机(jī)器人也有助(zhù)于传承中国烹饪文化(huà)。“比如,我(wǒ)们(men)可以记录大师们的烹饪配(pèi)料、灶上(shàng)动作和火候把(bǎ)控(kòng),再把(bǎ)标准化记(jì)录转化为(wéi)机器人控(kòng)制程序,复制、传承大师的烹饪技艺。”
此外,无人(rén)化(huà)操作还能(néng)降低食品安全风险。闫(yán)维新(xīn)举(jǔ)例,烹饪机器(qì)人可以实现所(suǒ)有用餐(cān)数据的(de)溯源,能(néng)够在食材选取、运输、中央厨房制作(zuò)等各环节进行监(jiān)督,有效保证食品安全(quán)。