圖①為養(yǎng)老機器人工作示意圖。
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"> 圖②為養(yǎng)老機器人工作示意圖。
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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。當前，全球養(yǎng)老機器人呈多元化發(fā)展態(tài)勢，各國在技術研發(fā)、產(chǎn)品應用等方面各具特色。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)老機器人國際標準，這標志著全球養(yǎng)老機器人產(chǎn)業(yè)邁入規(guī)范化、標準化、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，實地探訪養(yǎng)老機器人的技術發(fā)展和國際標準出臺的意義。
——編 者
國際電工委員會——
統(tǒng)一標準，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)等新一代信息技術的蓬勃發(fā)展，以及AI芯片、傳感器、伺服電機等關鍵零部件的日漸成熟，養(yǎng)老機器人在輔助行走、健康護理、家務協(xié)助、情感陪伴、緊急呼叫等方面的應用日益廣泛。據(jù)IEC《電子技術》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、意大利等國在相關技術領域較為領先，其產(chǎn)品在輔助康復訓練、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)老機器人國際標準為相關產(chǎn)品的設計、制造、測試和認證等提供了基準。IEC是全球電氣、電子、信息技術和相關領域國際標準的制定機構，養(yǎng)老機器人國際標準是在IEC主動輔助生活系統(tǒng)委員會主導下制定的。該系統(tǒng)委員會主席、中國標準化協(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準。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、社交溝通、家務輔助、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要求。比紹博格表示：“養(yǎng)老機器人市場前景廣闊，國際標準對全球來說都很重要。”
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，導航與避障技術是養(yǎng)老機器人實現(xiàn)自主移動的關鍵。借助激光雷達、超聲波傳感器和視覺識別等技術，機器人可以在復雜環(huán)境中準確導航，避開障礙物，到達指定位置。比如，借助全自動洗浴機器人，即可按程序實施洗澡、擦洗、拭干等操作，非常適合失能老人。
國際標準如何推動全球養(yǎng)老機器人產(chǎn)業(yè)更加健康地發(fā)展？馬德軍表示，該標準一方面為制造商提供了明確的設計和生產(chǎn)基準，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，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)在技術創(chuàng)新、產(chǎn)品應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)老機構和家庭中得到初步應用。
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，還可支持老年人享有更高質(zhì)量的生活。隨著技術不斷進步，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，活動手臂關節(jié)，進入工作狀態(tài)——這是德國慕尼黑工業(yè)大學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)老機器人領域已走在前列。
據(jù)項目負責人阿卜德勒賈利勒·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)助康復訓練等，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，并將患者的答復實時傳遞給醫(yī)生。患者甚至可以握著GARMI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。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，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)療設備，融合物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術，醫(yī)生可以實時監(jiān)測老年人的健康指標，在緊急情況下做出快速應對。“這項技術非常實用，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。”陳霄說。
研發(fā)過程中，團隊與醫(yī)療機構、養(yǎng)老院及護理機構等緊密合作，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)訓練GARMI學習更多樣的技能、進行更精細的操作，預計5年后將投入養(yǎng)老院使用。
日本AIREC機器人——
精準施力，幫助患者起身
日本東京早稻田大學實驗室，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（即人工智能驅動的關懷與照護機器人，圖④，日本早稻田大學菅野研究室供圖），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項目負責人、早稻田大學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)新技術的應用，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技術振興機構的資助，是目前日本政府在機器人領域最大的資助項目之一。”
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。與一些預設動作的工業(yè)機器人不同，護理機器人需要處理更加復雜、精細的任務，快速應對各種意外情況。AIREC由深度神經(jīng)網(wǎng)絡（DNN）驅動，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，學會操控協(xié)調(diào)全身關節(jié)來完成特定任務，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，需要精準的力度。“如何讓人形機器人既柔軟又有力量，既安全又具有協(xié)調(diào)性，是當前研發(fā)的難點。”菅野重樹介紹，自適應運動對于護理機器人至關重要。雖然人工智能模型能夠引導機械臂執(zhí)行精確任務，但提供護理需要更復雜的“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)整關節(jié)強度，讓機器人學會施加適當?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，預測其運動行為。AIREC手臂關節(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)是訓練機器人的基礎，但收集大規(guī)模數(shù)據(jù)是一項艱巨的任務，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。”此外，養(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。預計到2040年，AIREC可以實現(xiàn)小規(guī)模應用，到2050年實現(xiàn)中等規(guī)模應用。
《 人民日報 》（ 2025年04月30日 16 版）