机器人文明逼近:我们即将面对的,会是一个什么样的陌生世界?(上)
史成波 吴慧敏 2017-08-12 11:23:16
导语:科幻世界里的机器人文明时代真的不再遥远?

文 | 史成波 吴慧敏  来源 | 中金金网,ID:cicc_jw  编辑 | 扑克投资家,转载请注明出处

我们正处于伟大变革的时代,人类已经从IT走向了DT(数据科技时代),而DT时代的主角将是机器人。本篇报告立足于对机器人发展历史的回顾,前瞻性地提出机器人发展的三个时代,即青铜时代(关在牢笼里的机器人)、白银时代(人机协作和人机融合)及黄金时代(人工智能的文明时代),而人与机器人的伦理关系也正在从“人机主仆二元对立论”逐步向“人与机器人渐进平等关系论”演进。

我们认为,目前全球机器人正处于青铜时代与白银时代的对接期;机器人硬件及软件技术迅猛发展,特别是VR、AR,以及AI技术的爆炸式发展,快速带动AR/VR、狭义AI与机器人(无人机)的技术融合,一场机器人革命或将来临;同时如果未来人工智能以超乎人类想象的速度发展时,机器人或将进化出自主的机器智慧,科幻世界里的机器人文明时代或者真的不再遥远。

结合技术发展的时代背景,我们认为在机器人领域的投资:1)重点在“白银时代”的人机协作与人机融合领域,即人机协作机器人(Cobot)、AR+机器人、VR+机器人、VR+无人机等新兴领域;2)布局“黄金时代”的智能机器人1.0领域,即具有专业人工智能的机器人;3)机器人产业链核心部件领域,如使机器人具有丰富感知能力的传感器,使机器人具有分析处理能力的人工智能领域(机器学习、智能人机交互等),使机器人具有更好执行能力的机械结构和驱动装臵等。

一、机器人编年史

机器人的诞生或许并不是20世纪产业界最伟大的成就,但却可能是21世纪最伟大的变革!自1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔?恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中,根据Robota(捷克文,原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文,原意为“工人”),创造出“Robot(机器人)”这个词以来,机器人注定是人类好逸恶劳的产物。如果人类的欲望止步于此,机器人安安静静的守候在整洁的工厂流水线上,单调重复着枯燥的工作,或许是人类和机器人之间最美好的归宿;

但是显然人类对机器人的所需更甚,我们想要它们更强壮、更灵活、能感知、能判断、有表情、有智能,未来的机器人或许成为“人造人”,人类正以造物主的视角来雕琢改进自己的作品。不要以为这一天是多么的科幻多么的遥远,别忘了科技的跳跃式发展同样让50年前的我们对手机、PC带来的智能生活觉得梦幻和不切实际,也许某天清晨我们醒来时,机器人在镜子前穿衣,在厨房里做着早餐,陪小狗在玩耍,在办公室里监视着所有的生产环节,在自动交易能挣钱的股票。这一切并不是空想,我们准备好了么?

我们回顾机器人的发展简史,可以发现机器人的代际演进已经到了第三代。第一代的机器人是遥控操作机器,不能离开人的控制独自运动。第二代的机器人是按事先编好的程序对机器人进行控制,使其自动重复完成某种方式的操作。第三代机器人是智能机器人,它是利用各种传感器、测量器等来获取环境信息,然后利用智能技术进行识别、理解、推理最后作出规划决策,能自主行动实现预定目标的高级机器人。

机器人与人类的关系

机器人能干的工作也已经从搬运、码垛、焊接等生产活动,到读报、陪护、弱交流等生活活动,再到排雷、战斗等军事活动,渗透到了人类的方方面面。随着需求范围的扩大,机器人结构和形态的发展呈现多样化。高端机器人具有明显的仿生和智能特征,其性能不断提高,功能不断扩展和完善,各种机器人系统逐步向具有更高智能方向演进。

机器人和生产

与生产相对应的机器人是工业机器人。目前,工业机器人以机械设备的形式出现在生产线上;但未来,机器人可能是车间唯一的主人。现阶段的机器人主要解决三个层次的问题,即人干不了,人干不好以及人不想干的问题。

人干不了:主要应用集中在医药、食品和电子领域,这些领域往往对生产洁净性要求较高,不能使用人来生产。

人干不好:主要应用于汽车和汽车零部件领域,使用机器人可以显著提高焊接品质,保持产品的质量一致性,提高生产效率。

人不想干:在传统“人干不了”和“人干不好”的领域,工业机器人已经较为普及,随着我国人工成本的上升,再加上我国制造业大国的地位,工业机器人未来的主要发展方向将集中于此。工业机器人将从传统的搬运、码垛向各个生产环节和工序普及。

机器人和生活

与生活相对应的机器人是服务机器人。服务机器人产业化速度大幅低于工业机器人,主要原因是服务机器人比工业机器人本质上高出一代。服务机器人需要对复杂的环境作出感知,并能根据环境的变化采取不动的行动策略。我们认为成功的服务机器人应该至少具备三个条件:

人用得好:成功的服务机器人必须要能够满足特定场景下的人类需求,比如餐馆中端茶送水、在家扫地等,并且服务效果要接近“真人”提供的服务。

人用得起:服务机器人成本必须足够便宜,而对于工业产品来说,便宜的成本往往意味着大规模生产,因此如果要人用得起服务机器人,机器人的市场空间必须足够大。服务机器人很难在小众市场中诞生。

人用得多:服务机器人还需要有一定的粘性,服务最好针对人的高频行为,例如吃饭、打扫卫生等等。

扫地机器人是目前市场上产业化最成功的服务机器人类型,其满足了我们设定的三个标准:吸尘拖地效果基本令人满意;千元价格可让一般家庭接受,市场空间大;打扫卫生需求较为频繁,家庭有较强购买意愿。

未来进入人工智能时代,服务机器人可能会更加拟人化(更接近“人的劳务”),并且实现一机多能,比如一台机器人可以实现扫地、做饭和陪护等多种功能。

机器人和战争

与战争相对应的机器人是特种机器人。理论上,战争机器人需求最强,因为其替代的是人的生命,替代需求远非服务机器人和工业机器人可比。目前,常见的与战争相关的机器人包括无人机、哨兵机器人和辅助机器人等。

无人机:军用无人机的使用已经得到普及,无人机的侦查能力已经备受肯定,且已经具备一定的目标打击能力。未来军用无人机将向空中加油、空中对抗、空运等多个领域发展。

地面机器人:目前最接近“自动杀人”武器的地面机器人是韩国研发并在朝韩边境部署的哨兵机器人,机器人配有红外探测器和音视频系统,控制人员如果通过音视频系统确认存在威胁,可以下令机器人自动开火。

辅助机器人:波士顿动力公司开发的“大狗”机器人是军事辅助机器人当中的明星产品。其行进速度约6.4km/h,可以在复杂路面运行,能够自动避开障碍物和进行人员跟随。该机器人采用单缸二冲程燃油引擎,续航时间具有保障,可以帮助士兵搬运大量武器和杂物。

道义责任也许仅会在和平年代得到考量。除技术外,目前对军事机器人讨论最多的是伦理问题,即机器人能否自主决定开火。目前已经有一些武器系统可以自主开火,例如美国海军的“密集阵”系统,但其目标对象主要是导弹等威胁,不涉及人的生命。从现有技术发展上看,机器人还不能判断一个人是否是平民或是否准备投降,道义考量基本由操纵机器人的士兵作出,但如果未来爆发全面战争,道义的考量将很可能放在生命考量之后。

二、大预言:机器人的三个时代

对于机器人的代际,我们认为大致可以分为:牢笼时代、人机协作融合时代、机器人文明时代,主要依据于机器人和人的关系的演进(如图1)。

青铜时代:关在牢笼里的机器人。机器人在生产流水线隔绝在生产孤岛上,作为单纯的生产设备,从而防止伤人事件发生,是工业机器人出现到大规模工业应用的主要特征,与人没有任何的交互。

白银时代:人机协作和人机融合。机器人与人协同(初级阶段),人机融合(高级阶段),如同目前KUKA推广的人机协作机器人LBRiiwa以及ABB推广的双臂工业机器人YuMi,以及VR、AR与机器人的结合。

黄金时代:人工智能+机器人(机器人文明)。从现实去理解,或许未来具有人工智能的机器人大量普及,将演进出人与机器人的伦理关系思考,具有超人工智能的机器人不排除会产生自己的哲学、宗教和艺术等,进而形成自己的文明;从可科幻界的理论去理解,如美国作家菲利普迪克(Philip Dick)在小说《机器人能梦见电子羊吗?》(Do Androids Dream of Electric Sheep?,1968)中描绘的机器人可能具有比人更高贵的品质。

浅探人与机器人的伦理关系

机器人,特别是类人型机器人与其他机器的最大不同是,它实际上是从科幻作品中走出来的,是一种基于人们想象的概念性机器,对机器人的概念性思考影响到了它的发展。作为人的想象的机器,机器人的概念从一开始就体现出对人文价值的关切。乐观者认为基于科学的认识与创造最终会使人类不断突破各种“奇点”,虽然科学技术可能造成各种危害与风险,但借助科技人们总能找到应对之策,机器人被描述为人类的得力助手,以服务人类为主旨;

悲观者认为随着对智能机器人的研发,让生命进化脱离了自然演变的过程,进而释放出难以预料的破坏性力量,智能机器人最终摆脱了人类控制,并反过来统治或灭绝人类。更多的文学作品中透过人类与机器人的反乌托邦,表达了对其创造物可能出现反叛的恐惧,根源上来源于人们对生命和智能等高级自然过程的起源知之甚少或知其然不知其所以然。

人类对于创造物全面超越人类本身的担忧一定程度上是心理上的,正如日本机器人专家森正宏在1970年提出的“恐怖谷”理论指出的:由于机器人与人类在外表、动作上都相当相似,所以人类亦会对机器人产生正面的情感;直至到了一个特定程度,他们的反应便会突然变得极之反感。哪怕机器人与人类有一点点的差别,都会显得非常显眼刺目,让整个机器人显得非常僵硬恐怖,让人有面对行尸走肉的感觉。可是,当机器人的外表和动作和人类的相似度继续上升的时候,人类对他们的情感反应亦会变回正面,贴近人类与人类之间的移情作用。

人与机器人的主仆二元对立关系

对于机器人全面超越人的担忧,科幻界早已给出了设想的答案。科幻作家阿西莫夫于1942年所提出的机器人行为的三法则:“第一,不伤害定律:机器人不得伤害人类,也不得见人受到伤害而袖手旁观。第二,服从定律:机器人必须服从人的命令,但不得违反第一定律。第三,自保定律:机器人必须保护自己,但不得违反一、二定律。”这三条法则体现了对人类安全的重视,同时也确立了人与机器人的主仆关系。

(本章节大量引用:1、吕超,西方科幻小说中的机器人伦理,《外国文学研究》2015年第1期;2、段伟文,机器人伦理的进路及其内涵,《科学与社会》,P35-45)

但人与机器人的主仆二元对立关系很难构建起稳健的伦理关系,从根源上这种关系是以人为核心的机器人伦理的不稳健性体现在:

责任的不可认定。机器人工作的相对独立性使得这种伦理架构难以对责任做出有效界定。主张以人为中心的伦理架构的初衷是希望以此凸显人应该为机器人的行动的成败及后果—特别是所造成的危害—承担责任,但机器人的设计者原则上无法预见机器人的全部行为后果(很难通过技术控制具有超人工智能的机器人),如具有学习能力的机器人受原来设计的程序影响有限,设计者也无法对机器人与人互动的二阶负面后果负责。

情感的不可控制。人类的情感世界是非常复杂的,或许人类被机器人抚育长大后,他们之间会产生类似亲情的感情,譬如阿西莫夫的小说《罗比》(Robbie,1950)。也许一些人和机器人长期相处,可能会产生类似友情的感情,譬如美国作家迈克尔雷斯尼克(Mike Resnick)的小说《知己》(Soul Mates,2009)。甚至在虚拟现实环境基础上,甚至不用等到具有高度智能的人型机器人的诞生,不用直接的性接触,人也可以与人型机器人发生亲密行为。

本体确认非唯一性。究竟是自然遗传属性,还是社会文化属性决定了“人”的身份?在目前的科技发展水平,或许这并不是一个问题,但随着科技进步,这将是个问题。随着人造器官的研制,一些机器部件逐步被纳入血肉之躯,譬如植入大脑的芯片,广泛使用的义肢(美国科学家称之为“赛博格,Cyborg”),人类开始与机器结合。如果说赛博格必须保留人体关键的神经系统,比如大脑和脊髓,反应的是人类的逐渐机械化;那么人工智能则从反方向体现了机器人的逐渐“人化”,而双方的发展轨迹最终会碰撞在一个根本的哲学问题上,即“何为人?”。

人与机器人渐进的平等关系

2004年在日本福冈召开的世界机器人大会发布的《福冈机器人宣言》指出:1)下一代的机器人将作为伙伴与人类共存;2)下一代的机器人应该在物质和心理上帮助人类;3)下一代的机器人要为社会的安全与和平做贡献。这表明,下一代机器人不再仅仅是人类友好的仆从,而更多地以人类伙伴的角色出现。隐含着,人们将机器人视为具有与人类似的道德地位的道德能动者乃至道德对象(moral patient),理论界确实需要为下一代的机器人与人的伦理关系未雨绸缪了。

在《机器人何时可以视为道德能动者?》一文中,JohnSullins主张机器人在满足自主性、意向性和责任等条件的情况下可以视为道德能动者。他首先对遥控机器人与自主机器人做出了区分,进而从自主性、意向性和责任等三个方面探讨了具有道德能动性的要求。他认为:

1)机器人的自主性并不是绝对的自主性—即便人类是否具有这种自主性也非常值得怀疑,而只是简单地强调,当机器人的行为不直接受到其他主体和使用者的支配时,就可能是具有自主性的道德能动者;

2)我们无法在最强烈的意义上证明机器人的行为具有意向性—人的意向性也是如此,而只是在常识心理学的意义上把握其行善与作恶的意向,即当机器人及其程序在与环境的互动中所做出的善恶行为看似经过考虑和计算时,就可以认定其行为基于其意向性,机器人因而可能被视为具有意向性的道德能动者;3)当一个机器人的行为只能被理解为其对其他道德实体所履行的责任才有意义时,机器人可能被视为负责任的道德能动者。

人类势必要与具有人类似的道德地位的道德能动者乃至道德对象的智能机器人建立平等协同的关系,但在此前的机器人代际演进过程中,我们是否也要按照平等的关系与初期机器人协作?正如同在人类繁衍史中,臣服强者凌辱弱者,并不符合道德伦理;在机器人无人工智能、或者弱人工智能时,抑或是在机器人具有超越人类智能时,我们对待机器人的态度能否还依然一样?现在回答这个问题或许较难,但在一项有意思的调研表明目前的机器人至少在功能与心理上可以模拟道德能动者并成为道德感受的对象(76%的儿童认为机器狗Aibo具有道德地位,而真的小狗的比例是86%,测试的方法是询问儿童当他们不喜欢机器狗时是否会将其扔进垃圾桶?)。

三、青铜时代:关在牢笼里的机器人

工业机器人从诞生之初,就隔绝在生产流水线的生产孤岛上,只是作为生产的机器设备而存在,是名不副实的“机器人”,并没有深刻的改变世界。并且机器人在诞生至今屡屡发生伤人的安全事故,钢铁之躯的机器文明始终难以给人安全感,如最早的案例发生在1979年(距离工业机器人发明公司unimation公司成立20年),美国福特工厂装配线工人被工业机器人击中身亡;以及2015年,德国卡塞尔市的大众汽车厂一名外包工人在工作中忽然受到机器人的撞击挤压而伤重身亡。作为工业产品,工业机器人如果仅仅关在牢笼里;作为生活工具,服务机器人如果仅仅满足某项具体功能,资本市场如何能够给予高估值?

劳动力替代的时代

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装臵,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,甚至还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。在发展历史中,主要实现的功能是替代劳动力,主要布臵在重复、危险、粗笨的生产环节。

国际:全球销量亚太领先,行业渗透汽车最深

2009年全球工业机器人销量仅为6万台,近年来随着亚洲地区对工业机器人的需求增加,工业机器人市场逐渐回暖,2014年全球工业机器人销量再创新高,达20.5万台,全球工业机器人保有量达到144.8万台。

工业机器人的核心销售区域在亚洲,尤其中国。2009年,中国地区工业机器人保有量仅占全球保有量的4%,2014年这一比例已快速增长到13%。

全球工业机器人保有量的稳定增长促使全球工业机器人密度稳步提升,虽然近年来我国工业机器人销量屡创新高,2014年中国地区销量占全球比重已达25%,但由于一方面我国工业机器人保有量基数较小,另一方面从业人员较多,所以我国工业机器人密度仍小于全球平均,与发达国家相比则更低。

工业机器人主要应用于汽车、电子/电气、金属、塑料及化学品、食品饮料、烟草等行业,其中尤以汽车行业为重。以全球工业机器人保有量前十名数据为例,2014年这些国家汽车行业的机器人密度是其他行业机器人密度的3~10倍。

国内:需求旺盛,应用领域多元化,高端产品依赖进口

近年来,随着我国对于制造业升级的政策推动,兼之人口红利的消失、劳动力成本的不断走高,对于机器人的需求逐渐增加。2014年,我国工业机器人销量约5万台,保有量达到19万台。

目前,我国工业机器人主要应用于汽车、电子/电气、金属、塑料及化学品、食品饮料、

烟草等行业,过去以汽车行业为重,但随着工业机器人对于其他行业的渗入,汽车行业占比有所下降。2014年,前五大应用行业合计占比87%,其中汽车行业占比仍最高,为37%。

工业机器人主要应用于焊接及钎焊、搬运/上下料、装配及拆卸、胶封、加工等,过去以焊接及钎焊为主,但随着工业机器人对于其他应用范围的渗入,焊接及钎焊占比有所下降。2014年,前五大应用领域合计占比95%,其中焊接及钎焊、搬运/上下料占比较高,分别为36%、35%。

虽然我国工业机器人市场迸发出越来越多活力,市场销量世界第一,但考虑到产品质量、技术先进性等因素,国内市场的大部分产品均来源于进口,国产高端工业机器人较少。可喜的是,国产占比逐年提高,2014年,关节机器人国产占比为9.9%,同比增加1.5%。

目前我国国产机器人企业主要生产直角坐标机器人和平面多关节机器人等,而高端的多关节机器人需求量最大,目前外资产品仍是主流。

竞争:外资强力,内资企业盈利压力较大

机器人“四大家族”在国际市场占据绝对优势。发那科、安川、库卡、ABB俗称机器人“四大家族”。观察其发家史,其发展路径可归纳为两类:1)利用零部件优势取得发展,典型代表是发那科、安川;2)通过系统集成和不断研发成为行业领导者,典型代表是ABB、库卡。

发那科:发那科以数控系统起家。1971年,发那科数控系统市场占有率世界第一,接近70%,随后发那科于1974年生产其首台机器人。依托数控系统优势,发那科机器人广泛运用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂和码垛等不同生产环节。

安川:安川伺服系统和变频器市场份额位居全球第一,受益于在伺服领域的长期积累,安川于1997年运用特有的伺服和运动控制技术开发成功工业机器人“MOTOMAN”,并在半导体工业中得到广泛应用。

ABB:ABB是电力和自动化技术的领导企业,业务涵盖电力产品,电力系统,离散自动化与运动控制,过程自动化,低压产品五大领域。ABB公司于1974年发明了世界上第一台六轴工业机器人,在运动控制方面技术领先。ABB强调机器人的整体性能,ABB机器人单项指标可能并不突出,但实际工作性能极为优秀。

库卡:库卡由焊接设备起家,客户主要分布于汽车工业,借助其在汽车工业中所积累的技术经验,后逐步转向在医疗技术、太阳能工业、航空航天等领域拓展机器人自动化解决方案。

“四大家族”在中国的市场份额约66%,同时占据着全球机器人市场的主要份额。

“四大家族”纷纷在国内设厂,推行本土化服务,进一步加重内资企业的生存压力。1)ABB最早于2005年在中国上海设厂,位于上海康桥的机器人生产基地是ABB全球两大机器人生产基地之一,目前其90%以上在中国市场销售的ABB机器人产品都实现了本地化生产;2)发那科与上海电气合资的宝山工厂一期于2010年建成,二期工厂2014年竣工,产能得到进一步增长;3)库卡2012年在上海开设其在德国以外的全球首家海外工厂,年生产能力5000台,占其全球产量的三分之一;4)安川2013年在中国常州开设日本外的首家工厂,计划年生产能力5000台,其全球产能约25000台。

2012年国产机器人占比不足10%,且主要集中于中低端产品。目前,国内新时达在焊接机器人(2015年或将达到1500台/套)、埃夫特(非上市)在打磨机器人领域逐步获得国内企业的认可,销量增长迅速。

(更多内容请看:《机器人文明逼近:我们即将面对的,会是一个什么样的陌生世界?(下)》)

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