机器人技术发展及其对经济和社会的影响研究

郝英好

（中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京，100041）

机器人技术发展及其对经济和社会的影响研究

郝英好

（中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京，100041）

随着相关技术的进步，机器人得到快速发展，应用越来越广泛，并导致机器人定义的扩展，以往并未定义成机器人的物体也将机器人化。机器人的应用对经济和社会产生重大影响，它能够引发社会变革，提高社会生产率，方便人类的日常生活。同时，它也可能促使人才结构发生改变，导致低端工人失业，和技术垄断的出现。

机器人，产业，技术，人工智能

0 引言

1959年，美国的英格伯格和德沃尔设计制造出世界上第一台工业机器人，1962年Unimation公司生产了第一台往复式机器人Unimate并在通用汽车公司（GM）投入使用。至今，机器人已经有50多年的发展历程了，这期间，机器人技术不断取得重大进展。机器人最初被用来完成肮脏、枯燥以及具有危险性的任务。如今，已经将机器人技术应用到更广泛的用途中，造成这一现象的重要因素是，机器人能够在人们工作、休闲或居家的日常生活中增强人们的能力。2016年3月谷歌旗下DeepMind公司的人工智能程序“阿法狗”（AlphaGo）对战世界围棋冠军、职业九段选手李世石，并以4：1的总比分获胜。引起了人们对具有人工智能的机器人的高度关注。

1 什么是机器人

机器人是指自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动，来协助或取代人类的工作。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高级灵活性的自动化机器”。

机器人是历史的产物。随着社会发展，机器人的概念也在不断变化。以往，机器人主要是指具备传感器、智能控制系统、驱动系统等三个要素的机械。然而，云计算、人工智能技术的进步，机器人也可以是没有驱动系统的云机器人。未来，机器人将会涵盖更广泛的概念，以往并未定义成机器人的物体也将机器人化。例如，无人车、无人机、智能家电、智能手机、智能住宅等也将成为机器人之一。

2 机器人涵盖哪些技术领域

机器人技术涉及机械学、电子工程学、计算机科学、控制论、生物学、人类学、社会学等多个领域的技术。例如，对于人类很简单的上下楼梯、取放物品等活动，机器人却并不容易实现，需要在高精度、高可靠性感知、规划和控制性等关键技术方面有所突破。

应用在不同领域的机器人所需的关键技术也有所不同。制造业机器人涉及的技术能力包括：1）机器人的学习和适应能力，特别是在不确定环境（非结构化环境）中，机器人通过“迭代学习”技术或者不断观察人类执行任务的示范学习，调整参数以优化性能，适应不断变化的环境，从而使机器人能够像工人一样在加工制造环境中进行灵活性操作；2）建模、分析、仿真和控制技术，实现生产制造的模拟与控制；3）控制和规划技术，未来的机器人将需要能够处理具有更大不确定性的系统，这就需要其具备更先进的控制和规划算法、更广泛的冗余度、比当前系统可以控制更多的自由度。4）感知技术，机器人必须能够通过高保真的传感器或操作来减少不确定性。我们需要更好的触觉、力量传感器和更好的图像解释方法。重大的技术挑战包括非侵入式生物传感器以及能够表达人类行为和情绪的模型。5）新型机械装置和制动装置，提高机器人的精度、可重复性、分辨率、安全性等机械性能指标。6）人机交互，人和机器人交互操作的设计包括自然语言、手势、视觉和触觉技术，这些交互方式也是未来需要考虑的问题。另外，还包括与“云机器人”有关的技术，如 “大数据”技术、网络技术等。医疗机器人更注重机器人对人类状态和行为的理解能力，用户身体数据的监测和预测能力，手术过程中机器人高度灵巧的操控技术，传感器自动化数据采集技术，以及稳妥、安全的机器人行为。服务机器人更注重机器人在人类生存环境下的操作与规划能力，新技能学习能力等。空间机器人更注重在太空环境下机器人自主性技术的发展。

图1 Ekso Bionics 正在研发仿生学外骨骼机器人Fig.1 Exoskeleton robot of Ekso Bionics

3 应用领域与产业发展现状

3.1 应用领域

从工厂到日常生活，机器人的应用领域不断得到扩展。目前，机器人已经被应用在制造业、服务业、医疗保健、国防以及空间探索等各个领域。按照这些应用领域，机器人可以分为工业机器人、医疗和保健机器人、服务机器人、空间机器人、国防机器人等。每种机器人又可以细分。例如，根据国际机器人联合会的分类，医疗机器人归属于专业服务机器人，其自身可以分为诊断机器人、外科手术辅助机器人、康复机器人及其他。

三个重要因素推动着机器人的应用方向不断地发生变化：1）国际环境中日益激烈的生产力竞争；2）人们需要在老龄化社会中提高生活质量；3）使人类（现场急救人员和士兵等）远离危险。经济增长、生活质量提高、人类的安全一直是机器人技术发展的重要驱动力。

机器人技术已经先进到足以成为“人类增强型”劳动力，可将它看作完成肮脏、枯燥和危险任务的同事。机器人已在许多方面证明了它的价值，比如减少现场急救员和士兵直接接触危险环境等方面。在汶川地震发生之后，很多人都想对破坏造成的实际结果有快速、清晰的认识，这是一个很大的挑战，此时，可部署机器人对破坏的量级和环境冲击做出评估。在墨西哥湾井喷的后续处理上，也证实了一个类似的机器人系统所能发挥的作用。

未来，随着老龄化趋势的形成和机器人本质安全性的提高，机器人渗透到人类的日常生活已经不可避免。机器人将成为我们的同事、朋友，同我们一起工作，陪我们下棋、打球、聊天，与我们朝夕相处。机器人可以和人类一样，加入就业大军，根据各自的专长实现就业。

3.2 产业发展现状

在过去的40年里，在机器人应用方面取得了巨大的进步，工业机器人、医疗机器人、服务机器人、国防机器人的数量和市场规模均实现大幅度增长。由于机器人的重要性，美国、日本、韩国、德国、英国、中国等国家都投入了大量的经费进行研究。在机器人技术和制造的相关领域，投资的比例非常明显。韩国将机器人研究和教育作为21世纪前沿项目的一部分，从2002年到2012年，韩国每年投资1亿美金。欧盟已经向机器人技术和认知系统投资了6亿美元，并将其视为第七个框架计划。地平线2020项目将再投资9亿美元在制造业和机器人技术上。在接下来的10年里，日本将在人形机器人、服务机器人及智能环境上投资3.5亿美元。

2011年，美国工业机器人销售增长了44%。在一些公司，已经将机器人生产系统作为生产制造的促进者，如苹果、联想、特斯拉、富士康等。机器人的应用正从一些大公司如通用、福特、波音、洛克希德·马丁公司等过渡到中小型企业，使得一次性产品的制造呈现爆发状态。2015年中国工业机器人产量为32996台（包括外资品牌），同比增长21.7%，自主品牌工业机器人共销售22257台，同比增长313.3%。2012年以来，美的公司累计投入约50亿元进行的自动化改造，现在美的各类工厂内正在使用的工业机器人已达800多台，预计2015-2017年该集团将新增机器人1700台，后期每年以30%左右的增幅投入机器人。赛迪研究院的研究显示，到2020年中国工业机器人保有量将增至50-60万台。

过去几年，医疗手术中使用机器人的数量逐年增长，年均增长率为40%。最初，仅将机器人应用在心胸外科、妇科、泌尿科。在外科手术中，使用机器人已经能够把引发并发症的机率降低80%，并且能够在很大程度上缩短住院治疗时间，使病人能够很快恢复劳动能力并回归到正常的工作生活中。考虑到社会的老龄化，如今医疗机器人已经在包括前列腺和心脏病的手术程序的众多外科领域中功绩斐然。机器人也在康复和智能假肢方面得到应用，能够帮助人们恢复丧失的功能。远程医学和辅助机器人技术方法使得向一些偏远地区提供医疗保障成为现实，包括缺乏医疗专业知识技术支持的农村和灾后、战后地区。在未来的15年，外科手术方面的机器人数量将增加一倍。图2是佐治亚医护机器人实验室研制的辅助机器人。

机器人在专业服务与家政服务上的应用也得到大规模增长。自动真空吸尘器的销量超过600万，在世界范围内使用自动割草机的数量超过20万。此外，也可将机器人应用在人身安全方面。专业服务包括电厂检查以及桥梁等的基础检查。服务机器人也可用于分拣应用，如分拣床上用品、餐品以及医院的药物等。专业服务机器人的年增长率为30%，家政方面机器人增长率已经达到20%以上。

麦肯锡预测机器人市场将达到万亿元规模，其中工业机器人占三分之一，服务机器人占三分之二。IFR预计未来五年我国服务机器人市场将超过工业机器人，市场空间巨大。据中国机器人产业联盟（CRIA）统计，近来服务机器人市场开始迅速增长，比如家庭娱乐用无人机、外骨骼机器人等均很受欢迎，预计到2020年，我国服务机器人年销售收入有望超过300亿元。

图2 佐治亚医护机器人实验室研制的辅助机器人Fig.2 auxiliary robot of Georgia Medical robot lab

3.3 相关公司与产品

图3 各种家用小型机器人Fig.3 all kinds of family robots

当今世界，机器人公司众多，推出了各种机器人。例如，日本本田公司推出的三代仿人机器人产品——P2、P3、ASIMO，索尼公司的SDR-3X人形娱乐型机器人，英国Essex大学的机器鱼，德国的可下楼梯的机器人，美国的机器狗，国防科大的机器蛇，NASA研发可远程控制的太空机器人R2，海尔的“Ubot”等都是性能不错的机器人。麻省理工学院人工智能实验室制作的机器人Kismet，能识别人类的肢体语言和说话的音调，并做出相应的反应。重新行走机器人公司（Rewalk Robotics）生产的机器人是第一个通过美国食品和药品管理局（FDA）认证的外骨骼机器人，2015年营业收入为374.6万美元。美国Ekso Bionics公司生产了一款可穿戴的、通过电池供电的仿生机械腿，将之穿在身上后，它可以提供必要的支撑力，在双手手杖的辅助下，让人重新站立。这款Ekso Bionics设备的核心就是其背后的微型计算机，可以计算出最舒适的助力控制数据和对病人行走习惯的模仿（见图2）。iRobot、Facebook、乐高、腾讯、百度和小米等企业也致力于人工智能聊天机器人和家庭服务类机器人。图3是各种家用小型机器人，其中iRobot公司生产的扫地机器人Roomba，它在硬件上采用三段式吸尘系统：扫-卷-吸，在软件上，搭配iAdapt人工智能系统，利用先进的软件和侦测技术，以60次/秒的运算速度，再配合40多种反应动作来感知清扫环境，最终完成清扫动作，保证了清扫的干净程度。另外，它还能在没电的时候自动回座到充电底座上。2016年7月25日，曾生产了火爆春晚和元宵晚会现场的阿尔法机器人的公司——优必选科技推出一款可编程的Jimu机器人。“直觉外科公司”生产的“达芬奇（daVinci®）手术系统”是医疗机器人的代表，能够提供远程操作解决方案，可以缩短手术时间、确保更可靠的手术结果。

谷歌公司为了抓住机器人的未来发展，成立了波士顿动力公司，生产了Atlas机器人，又收购了日本的Schaft公司，生产了HRP-2机器人。这两款机器人在两年一办的DARPA机器人挑战赛（2013年）中获得第一、第二的好成绩。该赛事设计了攀爬梯子、开门、清除门前垃圾、崎岖道路行走、破拆墙面、连接消防栓、关闭漏水阀门以及驾驶汽车等八项比赛任务。2012年，亚马逊意识到机器人技术的重要性，耗资7亿美元收购Kiva系统公司，从而能够将最好的技术用于数据库自动化。2016年，阿里巴巴、鸿海集团（台湾富士康集团）与日本软银集团合作，推出了服务型机器人Pepper，获得台湾地区第一银行、家乐福、国泰人寿、台新银行、亚太电信等公司的聘用（租借）。机器人月薪（租金）26888元新台币（5400人民币），服务期限为2年，比大学毕业生的工资22000还多（4400人民币）。

4 对经济和社会的影响

机器人的发展有可能对每个行业造成前所未有的冲击。机器人正在走向人们的日常生活，并将影响经济的发展模式，促进产业结构变化。

4.1 引发社会变革的技术

机器人技术是少有的几个能够产生像因特网变革那样影响的技术之一。机器人有潜力改变国家的未来，并且有望在未来几十年里如今天的计算机一样无处不在。机器人会成为我们的同事，根据拥有的技能应聘工作，改变社会只由人类构成的现状。机器人现已成为一些公司开展工作的一项关键技术，如苹果、联想、特斯拉、富士康等等。目前，不得不依赖家人或护士来完成如剃须、做饭、个人卫生等基本日常行为的人，未来都可以用机器人来完成这些工作。

4.2 极大提高生产率，有利于应对老年化危机

我国正在逐步进入老龄化社会，劳动力总数开始减少。机器人的出现正是解决这一问题的最佳方案。不但可以解决劳动力短缺问题，还可以提高劳动生产率。目前珠江三角洲地区出现的“机器换人” 体现了这一趋势。未来，随着机器人技术的成熟，越来越多的工作均可以由机器代替人，这一清单会越来越长。由于机器人在许多具体的工作中，效率比人类要高，机器人替代人工的过程必然提高了劳动生产率。或者说，人类在机器人的辅助下，人均产能更高，创造的价值更大。特别是服务型机器人的出现将使服务业实现质的飞跃，改变服务业生产率低的现状，促进社会生产率的提高。人类也将有更多的时间用于学习和享受生活。

4.3 改变制造业竞争力的技术

在生产制造领域采用机器人可能形成比外包给低工资国家更具经济竞争力的生产系统。例如，中国的制造业一直以来靠低廉的人力成本占据世界市场。而美国正雄心勃勃的想通过把机器人应用到制造业，提高生产效率，抵消美国高昂的人工成本，让制造业回流。2012年8月，瑞森可机器人公司（Rethink）宣布他们生产的“巴克斯特”号（Baxter）机器人能够在几乎没有经过训练的情况下直接进行编程。在安装和操控方面的花费有所降低，改变了未来商业案例中对自动化技术的应用需求。机器人技术让现代制造业管理更加柔性化，更加精益制造，更能满足市场需求。中国在未来如何确保自己的世界工厂地位，值得深思。

4.4 机器人使在家医疗、居家养老成为可能

机器人技术已经开始对医疗保健产生积极影响。医疗机器人的使用能够拓宽获取医疗保健的渠道和优化疾病预防和患者恢复成果，甚至改变传统的到医院看病的方式。病人在家接受远程医疗将会在未来成为现实。目前，机器人作为电脑一体机的应用使精确的、有针对性的医疗干预已经成为现实。有一种假设，手术和介入性放射学将会在计算机与机器人整合的过程中转型，一如几十年前自动化技术在制造业中的革命性改革。康复机器人使更大强度的治疗成为可能，从而不断适应患者需要，比传统方法更加有效。随着人口老龄化趋势愈发明显，机器人技术正向促进居家养老，推迟老年痴呆症的发生，给老年人提供陪伴，缓解老年人孤独感的方向发展。此外，机器人传感和活动建模方法可能在改善早期筛查、持续评估和个性化、有效的、经济干预和治疗中扮演着关键角色。医疗机器人能够减轻创伤、减少副作用，从而节约康复时间，提高劳动生产率。微尺度干预和智能假肢，可以降低对家庭、护理人员和雇主的影响，降低社会成本。

4.5 造成技术垄断，使强者更强

2010年，一个新的范例出现了，“云机器人”将数据处理和管理转变到云端。“机器人不是一座孤岛”，这一观点受到像谷歌、思科一样的主流公司的广泛关注。机器人需要基于大数据、云计算才能发挥其最大功能。而云计算遵循网络效应，网络价值增加的速度远超过规模扩大的速度。越多人使用人工智能，它就会变得越聪明；就会有更多人使用它。一家公司进入这个良性循环后，规模会变得极大，发展速度极快，以至于对其他新兴竞争对手形成压倒性优势。结果就是，未来的人工智能将由两到三家寡头公司主导，并以基于云端的多用途商业产品为主。谷歌将在已经领先的高度加速发展，扩大与追赶者之间的优势。因此，我国企业必须加快发展步伐，要么成为强者，要么被淘汰。

4.6 迫使传统行业、人才结构发生改变

随着机器人技术的成熟，传统行业将进一步遭到挤压。如同电子邮件取代邮寄信件一样，传统行业要么进行智能化改造，要么走向消亡。机器人在各个领域的应用，将促进产业的全面转型升级，并将带动新一轮创新驱动型产业布局和投资。机器人技术的发展改变了人与机器之间的分工。随着服务型机器人的出现，由人完成的工作领域将更少。更多的人将转向设计领域和管理领域。这将促进人才结构的改变，促进设计开发行业的发展，更多的高科技人才有了用武之地，但是重复性劳动和简单的脑力劳动需求减少。

4.7 激发新产业的形成

机器人产业的发展将对原材料、大数据、集成电路、高端计算、高端机械制造、通信等形成新的需求，有利于培育新的高技术产业。未来，机器人的核心技术不断突破，以前不敢奢望的众多用户需求将因为得到技术支撑而得以实现。如同手机、计算机成为人们的日常消费品一样，随着无人机、服务型机器人、医疗机器人、智能驾驶汽车、可穿戴设备等产品的产业化，一大批与机器人相关的新消费需求也将被有效激发，有数据显示，这将是一个以万亿元计的庞大市场。

5 结语

人类一直在追求更快、更高、更强。机器人帮我们实现了梦想。但是，如果将来的奥运会允许机器人参加，还会有人类胜出吗? 既然机器人可以成为优秀的国际象棋选手，那么合理地推测，它也可以成为优秀的飞行员、驾驶员、医生、会计、法官、教师……。机器人技术正在加速，终有一天，人类能做的，机器人都能做。机器人在帮助人类提高生产率，改善生活的同时，也给人类本身的存在带来诸多挑战。

参考文献

[1] 戴青. 基于遗传和蚁群算法的机器人路径规划研究[J].武汉.武汉理工大学硕士论文，2009. Dai Qing. Robot Path Planning Based on Improved Ant Colony Optimization[J]. Wuhan. Wuhan University of Technology，2009.

[2] 微信公众号. 机器人的新定义. 2015. http：//www.chinadail Microreading. The New Definition of Robot.2015. http：//www.chinadail

[3] 孔民秀，季晨.基于单位四元数机器人姿态插补算法[J].新型工业化，2013，3（8）：105-112. Kong Minxiu，Ji Chen.Orientations interpolation algorithm for robot with unit quaternion[J].The Journal of New Industrialization，2013，3（8）：105-112.

[4] 樊创佳. 工业机器人技术与产业发展的春天[J]. 电器工业，2013. Fan Chuangjia. The Spring of Industry robot[J]. China Electrical Equipment Industry，2013 .

[5] 詹乔乔. 机器人时代[J]. 机电一体化，2009. Zhan Qiaoqiao. Robot Time [J]. Mechatronics，2009.

[6] 孟庆端. 移动机器人路径规划技术研究[J]. 河南. 河南科技大学硕士论文，2011. Meng Qingduan. Mobile Robot Path Planning[J]. Henan. Henan University of Science and Technology，2011.

[7] 王田苗，陶永. 我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 机械工程学报，2014. Wang Tianmiao，Tao Yong. Research Status and Industrialization Development Strategy of Chinese Industrial Robot[J]. Journal of Mechanical Engineering ，2014.

[8] 李广植，许林，张博．基于嵌入式Linux 的微小型侦查机器人控制系统设计[J]．新型工业化，2015，5（4）：11-17. LI Guangzhi，XU Lin，ZHANG Bo. Design of Control System based on Embedded Linux for Micro Recon Robots [J]. The Journal of New Industrialization，2015，5（4）：11-17.

[9] 阮晓钢，彭奎，左国玉.两轮自平衡机器人在斜坡上的动力学建模与控制[J].新型工业化，2012，2（4）：50-61. Ruan Xiaogang，Peng Kui，Zuo Guoyu.Two-wheeled self-balancing mobile robot dynamic model and balancing control on the slopes[J].The Journal of New Industrialization，2012，2（4）：50-61.

Robot Technology Development and its Impact on the Economy and Society

HAO Ying-hao
(China Academy of Electronics and Information, Beijing 100041, China)

As the technologies progress, robot develops quickly, and get used widely. The definition of robot also expands. What is not robot in the past is called robot now. The application of robot has important influence on the economy and society. It can bring society transforming, increase productivity and make people convenient in daily life. It also can change the structure of human resources, lead to the unemployment of low level industry workers, and result in technology monopolization.

Robot; Industry; Technology; Artificial intelligence

郝英好.机器人技术发展及其对经济和社会的影响研究[J]. 新型工业化，2016，6（11）：68-74.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.009

: HAO Ying-hao. Robot Technology Development and its Impact on the Economy and Society[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 68-74.

郝英好（1982-），男，中国电子科技集团公司电子科学研究院，工程师，管理学硕士，主要从事科技发展与战略研究。出版《无人机发展概览》（编著），《未来海上预置部队能力评估》（译著），《安全领域军民协同研究》（译著）等数本著作；发表《DARPA创新动因分析》，《自毁技术与装置研究》，《信息时代打击链方法的应用与启示》，《基于组合赋权-topsis法的空中目标威胁评估仿真》等数篇论文。