圖①為養(yǎng)老機器人工作示意圖。

圖②為養(yǎng)老機器人工作示意圖。

資料圖片

圖③

圖④

隨著全球人口老齡化加快，養(yǎng)老機器人產(chǎn)業(yè)正迎來巨大的發(fā)展機遇。世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2050年，全球60歲以上人口數(shù)量將達21億，其中80歲以上的老年人為4.26億。當(dāng)前，全球養(yǎng)老機器人呈多元化發(fā)展態(tài)勢，各國在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品應(yīng)用等方面各具特色。今年2月，國際電工委員會（IEC）正式發(fā)布由中國牽頭制定的首個養(yǎng)老機器人國際標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著全球養(yǎng)老機器人產(chǎn)業(yè)邁入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的新階段。

近日，本報記者走進IEC位于瑞士日內(nèi)瓦的總部，以及德國、日本的科研機構(gòu)，實地探訪養(yǎng)老機器人的技術(shù)發(fā)展和國際標(biāo)準(zhǔn)出臺的意義。

——編  者

國際電工委員會——

統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，打造更好產(chǎn)品

隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以及AI芯片、傳感器、伺服電機等關(guān)鍵零部件的日漸成熟，養(yǎng)老機器人在輔助行走、健康護理、家務(wù)協(xié)助、情感陪伴、緊急呼叫等方面的應(yīng)用日益廣泛。據(jù)IEC《電子技術(shù)》雜志主編凱瑟琳·比紹博格介紹，從全球看，中國、日本、德國、美國、意大利等國在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域較為領(lǐng)先，其產(chǎn)品在輔助康復(fù)訓(xùn)練、智能護理等方面具有一定市場占有率。

針對全球市場各類養(yǎng)老機器人產(chǎn)品缺乏統(tǒng)一性能規(guī)范的情況，此次由中國牽頭制定的首個養(yǎng)老機器人國際標(biāo)準(zhǔn)為相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計、制造、測試和認(rèn)證等提供了基準(zhǔn)。IEC是全球電氣、電子、信息技術(shù)和相關(guān)領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)的制定機構(gòu)，養(yǎng)老機器人國際標(biāo)準(zhǔn)是在IEC主動輔助生活系統(tǒng)委員會主導(dǎo)下制定的。該系統(tǒng)委員會主席、中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會副理事長馬德軍告訴記者，中國自2013年起就開始了這一課題的跨學(xué)科系統(tǒng)研究，并聯(lián)合多個國家發(fā)起成立了IEC主動輔助生活系統(tǒng)委員會。經(jīng)過努力，最終形成這一具有國際影響力的標(biāo)準(zhǔn)。它不僅涵蓋養(yǎng)老機器人在可用性、可靠性、無障礙、能耗和噪聲等方面的通用要求，還針對老年人在日常生活、健康監(jiān)測、緊急響應(yīng)、社交溝通、家務(wù)輔助、娛樂休閑、家居管理、照護支持、移動輔助以及信息和數(shù)據(jù)管理等方面的具體需求，提出了養(yǎng)老機器人的功能分類與性能指標(biāo)要求。比紹博格表示：“養(yǎng)老機器人市場前景廣闊，國際標(biāo)準(zhǔn)對全球來說都很重要?！?/p>

據(jù)馬德軍介紹，先進的傳感器是養(yǎng)老機器人的核心部件之一。視覺傳感器可以實時監(jiān)測老年人的活動狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)跌倒等緊急情況；聽覺傳感器可以在復(fù)雜環(huán)境中識別老年人的語音指令和異常聲音；觸覺傳感器可以感知老年人的肢體動作和力度，提供輔助支持；嗅覺傳感器可以監(jiān)測環(huán)境中的異常氣味，如燃氣泄漏等。此外，導(dǎo)航與避障技術(shù)是養(yǎng)老機器人實現(xiàn)自主移動的關(guān)鍵。借助激光雷達、超聲波傳感器和視覺識別等技術(shù)，機器人可以在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確導(dǎo)航，避開障礙物，到達指定位置。比如，借助全自動洗浴機器人，即可按程序?qū)嵤┫丛琛⒉料?、拭干等操作，非常適合失能老人。

國際標(biāo)準(zhǔn)如何推動全球養(yǎng)老機器人產(chǎn)業(yè)更加健康地發(fā)展？馬德軍表示，該標(biāo)準(zhǔn)一方面為制造商提供了明確的設(shè)計和生產(chǎn)基準(zhǔn)，有助于提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能，促進養(yǎng)老機器人市場的規(guī)范化和透明化；另一方面有利于增強消費者信任度，讓消費者可以更放心地選擇合適的產(chǎn)品和服務(wù)，擴大市場需求。

據(jù)介紹，中國已具備了快速發(fā)展養(yǎng)老機器人的良好條件。中國政府積極出臺相關(guān)政策，支持養(yǎng)老機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動智慧養(yǎng)老模式普及。中國企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品應(yīng)用和市場推廣等方面不斷取得突破，推出了馬桶機器人、外骨骼機器人、喂飯機器人、烹飪機器人等多種產(chǎn)品，并在養(yǎng)老機構(gòu)和家庭中得到初步應(yīng)用。

養(yǎng)老機器人的出現(xiàn)，不僅可以減輕社會和家庭對老年人的照料負擔(dān)，還可支持老年人享有更高質(zhì)量的生活。隨著技術(shù)不斷進步，其功能將更加完善和多樣化。同時，養(yǎng)老機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同進步，如傳感器、芯片、軟件、云計算等，為全球經(jīng)濟打造新的增長引擎。

德國GARMI機器人——

主從搭檔，能為老人看病

“GARMI，啟動！”隨著工作人員的口令，人形機器人GARMI（圖③，本報記者郭梓云攝）從休眠狀態(tài)蘇醒，活動手臂關(guān)節(jié)，進入工作狀態(tài)——這是德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)機器人與機器智能研究所下屬的適老機器人智能研究中心研發(fā)的一款老年護理機器人。GARMI圓圓的眼睛，1.65米的身高，機械臂上有7個關(guān)節(jié)。從2019年推出以來，GARMI的性能不斷提升，在全球養(yǎng)老機器人領(lǐng)域已走在前列。

據(jù)項目負責(zé)人阿卜德勒賈利勒·納塞里博士介紹，GARMI主要有日常生活輔助、醫(yī)療護理和社交互動三大功能，包括給病患送水和食物、與人溝通交流、安排與醫(yī)生的會診、遠程醫(yī)療檢查、協(xié)助康復(fù)訓(xùn)練等，具有較高的人機交互水平。比如，在醫(yī)生進行遠程醫(yī)療檢查時，GARMI會手持檢查器具貼近患者身體，并將患者的答復(fù)實時傳遞給醫(yī)生?；颊呱踔量梢晕罩鳪ARMI的手調(diào)整位置，另一邊的醫(yī)生也能同步感受到患者指示的地方。

研發(fā)團隊成員陳霄向記者展示了GARMI通過力反饋進行遠程診療的原理。在醫(yī)生和患者兩邊分別放置同樣的機器人，醫(yī)生一端操作“主機器人”，在患者一端的“從機器人”即可實現(xiàn)同步跟隨動作。若是在“從機器人”一邊施加力，“主機器人”也會隨之有所感應(yīng)。GARMI機械臂上的力矩傳感器可以感知最輕微的觸摸，動量觀測器可以估計出力的大小。GARMI還可以用1毫秒的速度處理信息，保證動作的同步性。力的感知和反饋是GARMI的關(guān)鍵優(yōu)勢，有利于提高遠程操作精確度，保證患者安全以及醫(yī)生與患者的有效協(xié)同。

研發(fā)人員在虛擬環(huán)境中采用數(shù)字孿生技術(shù)，即建立機器人、人以及整個環(huán)境的虛擬模型，模擬機器人與人的交互，實時記錄數(shù)據(jù)，保證運動安全。同時，通過給GARMI配備心電圖、血壓計、超聲波等醫(yī)療設(shè)備，融合物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，醫(yī)生可以實時監(jiān)測老年人的健康指標(biāo)，在緊急情況下做出快速應(yīng)對?！斑@項技術(shù)非常實用，能夠為行動不便的老年人提供及時有效的醫(yī)療幫助，住在偏遠地區(qū)的老年人也能遠程獲得優(yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)。”陳霄說。

研發(fā)過程中，團隊與醫(yī)療機構(gòu)、養(yǎng)老院及護理機構(gòu)等緊密合作，注重老年人和護理人員對機器人的接受度。未來，研發(fā)團隊將繼續(xù)訓(xùn)練GARMI學(xué)習(xí)更多樣的技能、進行更精細的操作，預(yù)計5年后將投入養(yǎng)老院使用。

日本AIREC機器人——

精準(zhǔn)施力，幫助患者起身

日本東京早稻田大學(xué)實驗室，一場測試正在進行。身高1.66米、體重150千克的人形機器人AIREC（即人工智能驅(qū)動的關(guān)懷與照護機器人，圖④，日本早稻田大學(xué)菅野研究室供圖），輕輕地將一只手放在輔助對象的膝蓋上，另一只手放在他的脖子下，再緩慢幫助輔助對象起身到約45度……這是護理人員幫助臥床老人進食或飲水的常規(guī)操作。

AIREC項目負責(zé)人、早稻田大學(xué)教授菅野重樹對記者表示：“AIREC不僅能扶老人起身，還能幫老人穿襪子、換尿墊等。這一創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，展示了科技改變生活的潛力，也為解決日本少子老齡化、護理人員不足的難題提供了新思路。該項目得到日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)的資助，是目前日本政府在機器人領(lǐng)域最大的資助項目之一?！?/p>

據(jù)團隊介紹，護理老人的機器人至少需要具備以下條件：第一，需要智慧的大腦。與一些預(yù)設(shè)動作的工業(yè)機器人不同，護理機器人需要處理更加復(fù)雜、精細的任務(wù)，快速應(yīng)對各種意外情況。AIREC由深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）驅(qū)動，研究人員多次動作示范后，AIREC可以基于操作數(shù)據(jù)發(fā)展出初步模型，學(xué)會操控協(xié)調(diào)全身關(guān)節(jié)來完成特定任務(wù)，再通過自生成的數(shù)據(jù)進行迭代改進。可以說，DNN改進了機器人的感知和運動能力。

第二，需要精準(zhǔn)的力度?！叭绾巫屓诵螜C器人既柔軟又有力量，既安全又具有協(xié)調(diào)性，是當(dāng)前研發(fā)的難點?！陛岩爸貥浣榻B，自適應(yīng)運動對于護理機器人至關(guān)重要。雖然人工智能模型能夠引導(dǎo)機械臂執(zhí)行精確任務(wù)，但提供護理需要更復(fù)雜的“控制力”。機器人必須知道何時以及如何施加力量以提供安全有效的治療，并避免對脆弱部位造成不必要的壓力。該項目團隊在示教過程中會進行阻抗控制，動態(tài)調(diào)整關(guān)節(jié)強度，讓機器人學(xué)會施加適當(dāng)?shù)牧Α?/p>

第三，需要理解人的意圖。安裝在AIREC頭部的廣角立體相機、魚眼相機、深度相機等多個視覺傳感器，就像人的眼睛一樣，可以捕捉護理對象的位置和姿勢，綜合分析語言與非語言信息，預(yù)測其運動行為。AIREC手臂關(guān)節(jié)的7個力矩傳感器可以記錄所需力度，身體覆蓋的柔性觸覺傳感器則記錄觸覺信息，從而以合適的力度幫助輔助對象起身。

菅野重樹表示：“高質(zhì)量的多模態(tài)數(shù)據(jù)是訓(xùn)練機器人的基礎(chǔ)，但收集大規(guī)模數(shù)據(jù)是一項艱巨的任務(wù)，需要投入大量的人力和時間，還需提高智能機器人舉一反三的泛化能力?！贝送猓B(yǎng)老機器人初期投入成本高昂，量產(chǎn)后成本有望逐漸降低。預(yù)計到2040年，AIREC可以實現(xiàn)小規(guī)模應(yīng)用，到2050年實現(xiàn)中等規(guī)模應(yīng)用。