12月12日，第八屆 GAIR 全球人工智能與機(jī)器人大會(huì)于深圳正式拉開(kāi)帷幕。

本次大會(huì)為期兩天，由GAIR研究院與雷峰網(wǎng)聯(lián)合主辦，高文院士任指導(dǎo)委員會(huì)主席，楊強(qiáng)院士與朱曉蕊教授任大會(huì)主席。

作為 AI 產(chǎn)學(xué)研投界標(biāo)桿盛會(huì)，GAIR自2016年創(chuàng)辦以來(lái)，始終堅(jiān)守 “傳承+創(chuàng)新” 內(nèi)核，是 AI 學(xué)界思想接力的陣地、技術(shù)交流的平臺(tái)，更是中國(guó) AI 四十年發(fā)展的精神家園。過(guò)去四年大模型驅(qū)動(dòng) AI 產(chǎn)業(yè)加速變革，歲末年初 GAIR 如約而至，以高質(zhì)量觀點(diǎn)碰撞，為行業(yè)與大眾呈現(xiàn)AI時(shí)代的前沿洞見(jiàn)。

本次峰會(huì)之上，賽馬會(huì)「軟性材料應(yīng)用機(jī)器人」創(chuàng)科實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)、日本工程院院士小菅一弘為與會(huì)者們帶來(lái)了一場(chǎng)精彩紛呈的報(bào)告。

他揭示了服裝制造業(yè)正在面臨一個(gè)驚人矛盾：萬(wàn)億美元級(jí)別的巨大市場(chǎng)，但自動(dòng)化程度極低。六年前中國(guó)工業(yè)機(jī)器人用了 11700 臺(tái)，可服裝行業(yè)才用 157 臺(tái)，這個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化，現(xiàn)在才真正開(kāi)始。

而究其原因，是處理柔性、易變形材料是世界性難題。傳統(tǒng)自動(dòng)化依賴(lài)“剛性”夾具，無(wú)法適應(yīng)服裝款式的快速變化，導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)通用性差、成本高。

小菅一弘也提出了破局思路，他們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一系列技術(shù)產(chǎn)品，讓機(jī)器能像熟練工人一樣感知、適應(yīng)、抓取、裁剪柔軟布料。

在商業(yè)化上，他們選定了“汽車(chē)座椅”這一場(chǎng)景。到 2028 年，汽車(chē)產(chǎn)品工業(yè)縫紉設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到 36.3 億美元，雖然相較于龐大的服裝市場(chǎng)，這可能不算最大，但其產(chǎn)品附加值更高，市場(chǎng)價(jià)值非?？捎^，特別是歐洲市場(chǎng)，因?yàn)槠淙肆Τ杀靖甙海@使得自動(dòng)化成為了維持當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需求。

以下是小菅一弘演講的精彩內(nèi)容，雷峰網(wǎng)(公眾號(hào)：雷峰網(wǎng))作了不改變?cè)獾恼砼c編輯：

非常感謝主持人的介紹。

謝您的介紹和邀請(qǐng)。我擔(dān)任日本機(jī)器人系統(tǒng)公司的總監(jiān)，負(fù)責(zé)軟材料機(jī)器。我來(lái)自香港大學(xué)。今天受邀來(lái)到這里，上一次來(lái)是六年前的事。2019 年我曾介紹過(guò)一個(gè)我參與的研究方向，因此這次也希望延續(xù)當(dāng)時(shí)的話(huà)題。首先，我想簡(jiǎn)要地給你展示一些有趣的視頻，這是我的起點(diǎn)。

這是我的團(tuán)隊(duì)中一個(gè)可用的機(jī)器人，它于2005年誕生。這實(shí)際上是一個(gè)舞會(huì)機(jī)器人。她會(huì)估計(jì)男性舞者，以此來(lái)與他共舞。這是一個(gè)非常不同的故事。

但這是我們很久以前開(kāi)發(fā)的。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們?cè)_(kāi)發(fā)過(guò)一個(gè)系統(tǒng)叫做——PaDY，目前這個(gè)應(yīng)用已經(jīng)在日本、巴西等多個(gè)工廠(chǎng)中使用。

2021 年，我加入香港大學(xué)，開(kāi)始在“軟性材料機(jī)器人”相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行研究。我們亦在香港創(chuàng)新科技署（ITC）資助的變革性服裝生產(chǎn)中心，啟動(dòng)了服裝生產(chǎn)相關(guān)研究，今天的內(nèi)容也主要來(lái)自這項(xiàng)研究。

為什么要做這個(gè)研究？AI 在服裝領(lǐng)域的需求是什么？

各位都是做 AI 的，會(huì)覺(jué)得 AI 能夠解決很多問(wèn)題。的確，在人工智能技術(shù)，特別是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，我們確實(shí)實(shí)現(xiàn)了許多制造過(guò)程的自動(dòng)化。但很多人宣稱(chēng)我們已經(jīng)能完全搞定這一切，這并非事實(shí)。

實(shí)際上，制造業(yè)涵蓋的種類(lèi)繁多的工藝。當(dāng)你試圖用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化時(shí)，其中一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)在于如何處理那些在軟件中難以被精準(zhǔn)定義的‘對(duì)象’。目前，大量涉及柔性材料的復(fù)雜工藝流程，仍然主要依靠技術(shù)嫻熟的工人來(lái)完成，或者說(shuō)很難被自動(dòng)化。

我舉個(gè)例子，你們可能不太了解，比如在制鞋業(yè)中就有一個(gè)典型情況：需要將緊密的纖維材料放入模具中，并與作為內(nèi)襯的皮革一起進(jìn)行切割和加工。盡管有一些公司正在嘗試?yán)脵C(jī)器人技術(shù)和模仿人類(lèi)手部動(dòng)作的‘仿生技術(shù)’來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題，也取得了一些進(jìn)展，但這個(gè)難題至今仍未得到完全解決。

回歸服裝本身，大家可能不清楚它的規(guī)模，到2030 年全球服裝行業(yè)全球營(yíng)收規(guī)模預(yù)估可以達(dá)到 2.3 萬(wàn)億美元。但是2019 年全球機(jī)器人使用量排行前五是：中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)。但服裝行業(yè)引入的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量極少，中國(guó)僅157臺(tái)，而整體有大約11萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人設(shè)備被引入相關(guān)產(chǎn)業(yè)，形成鮮明反差。

服裝制造為什么難？哪里最耗時(shí)？研究顯示：80% 的生產(chǎn)時(shí)間與成本浪費(fèi)在“物料處理”上（如搬、抓、鋪、定位）尤其在“縫制前的準(zhǔn)備”中，67% 的人工被用于整理布料、對(duì)齊、折疊等。

誠(chéng)然，從歷史上看，已有不少研究者和企業(yè)針對(duì)柔性材料（如紡織品）的熱成型輪廓與遺傳算法優(yōu)化展開(kāi)過(guò)探索。他們大量始于上世紀(jì)八九十年代，但后來(lái)很多項(xiàng)目中斷了。

如今在工業(yè)生產(chǎn)中，許多工序（例如切割、折疊、縫合、口袋定位、縫紉、面線(xiàn)、熨燙等）仍嚴(yán)重依賴(lài)人工。盡管某些環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定程度的自動(dòng)化，例如在多層織物切割中引入計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，可以實(shí)現(xiàn)近乎全自動(dòng)的操作，但在更多需要處理柔性、易變形材料的環(huán)節(jié)中，人類(lèi)操作員仍是不可或缺的。

以當(dāng)前的縫紉環(huán)節(jié)為例：市面上的半自動(dòng)縫紉機(jī)在處理非常柔軟的面料時(shí)，仍需工人配合使用夾具或模板來(lái)臨時(shí)固定材料，使之在局部區(qū)域變得“剛性”，才能被機(jī)器穩(wěn)定操作。這意味著，一旦口袋的形狀、尺寸或位置發(fā)生變化，整個(gè)夾具乃至系統(tǒng)都需要重新設(shè)計(jì)與調(diào)整，限制了自動(dòng)化的通用性與響應(yīng)速度。

因此，我們說(shuō)，在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用的自動(dòng)化系統(tǒng)往往是“固化”的——它們將某些工藝流程緊密耦合，適用于無(wú)需頻繁更換的設(shè)計(jì)，對(duì)操作人員的技術(shù)要求較低。而“半自動(dòng)系統(tǒng)”則需要根據(jù)不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和規(guī)格進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)配置與調(diào)試，無(wú)法像一套通用工具那樣適配所有需求。為此，在我們的研究項(xiàng)目中，我們著力開(kāi)發(fā)了幾項(xiàng)關(guān)鍵的手部操作技術(shù)。

其中一種是針對(duì)多層裁剪后織物部件的分離與抓取問(wèn)題。

通常，多層裁片會(huì)粘連在一起，而一件衣服的組裝需要逐一拾取單層裁片。為解決這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于被動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)的抓取器，它通過(guò)外殼與內(nèi)置手指間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生自適應(yīng)抓取動(dòng)作，可穩(wěn)定拾取單層面料，并可集成于機(jī)械臂末端使用。

另一項(xiàng)技術(shù)是針對(duì)在壓力機(jī)或類(lèi)似平臺(tái)上進(jìn)行的拾取操作。在這種情況下，我們采用兩個(gè)機(jī)械臂進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。由于難以在空中精確定位和抓取目標(biāo)物件，我們引入了傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物體的狀態(tài)。這套系統(tǒng)主要依靠吸力抓取，這種方式在某些情況下非常簡(jiǎn)單有效。當(dāng)多個(gè)目標(biāo)物貼合在一起時(shí)，系統(tǒng)需要能夠成功地將它們逐一分離并拾取。

為實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)操作，系統(tǒng)需能實(shí)時(shí)檢測(cè)故障（如抓取失?。┎⒓皶r(shí)排除問(wèn)題。在大多數(shù)實(shí)際生產(chǎn)中，處理獨(dú)特或非標(biāo)工件時(shí)，通常仍需要人工介入。為此，我們集成了基于人工智能的視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，它能以每秒約120幀的速度進(jìn)行監(jiān)控和分析。這項(xiàng)技術(shù)既可以用于后端質(zhì)檢，也可以前置應(yīng)用于實(shí)時(shí)過(guò)程控制。

據(jù)我所知，行業(yè)內(nèi)約60%的自動(dòng)化資源都專(zhuān)注于縫紉環(huán)節(jié)。因此，我們也高度重視縫紉工序的自動(dòng)化，并開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，專(zhuān)注于改造通用的工業(yè)縫紉機(jī)。在縫紉中，通常很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，例如通過(guò)送布牙或滾輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)布料在針周?chē)苿?dòng)。然而，真正的挑戰(zhàn)在于如何精確控制機(jī)針本身的運(yùn)動(dòng)軌跡——不僅需要定位，更需要控制針的穿刺路徑和姿態(tài)。這是一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題，它本質(zhì)上屬于一種非線(xiàn)性的控制過(guò)程。我的學(xué)生已成功為此設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的控制器。

如此一來(lái)，機(jī)械手便能控制縫紉機(jī)頭，使其按照規(guī)劃的路徑和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行精密運(yùn)動(dòng)。只要運(yùn)動(dòng)足夠平滑，理論上可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的縫紉軌跡。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了在線(xiàn)收斂算法，可以實(shí)時(shí)調(diào)整。我們定義了相關(guān)的控制參數(shù)與比率，并將多種策略相結(jié)合，使得整體行為看起來(lái)更加協(xié)調(diào)和智能。我認(rèn)為，這正是具身智能的一種體現(xiàn)：機(jī)器能夠像熟練工人一樣，根據(jù)實(shí)際情況靈活地解決問(wèn)題。關(guān)鍵在于，它不僅能定位，更能規(guī)劃和執(zhí)行完整的動(dòng)作序列。

以上便是基于紙張（或柔性材料）的演示說(shuō)明。通過(guò)這套系統(tǒng)，我們可以對(duì)其進(jìn)行編程，讓它展示如何處理各種不同但結(jié)構(gòu)相似的形狀。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是多樣的，我們正在探索多種不同的技術(shù)路徑。有另一種實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的方案。通過(guò)使用 NEM 系統(tǒng)，機(jī)器人可以根據(jù)預(yù)置的指令進(jìn)行操作。首先，將第一塊織物放置到位。在這個(gè)方案中，我們只使用縫紉機(jī)頭本身，然后通過(guò)對(duì)縫紉過(guò)程的操控，使其能夠基于預(yù)設(shè)的縫紉線(xiàn)跡進(jìn)行工作，這其中會(huì)用到連接機(jī)構(gòu)。

借助 AI 視覺(jué)系統(tǒng)，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)織物紋理的精準(zhǔn)匹配對(duì)齊。這是一種非常復(fù)雜的紋理處理。

通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)，我們可以將紋理對(duì)齊，并能處理多種不同類(lèi)型的面料。這就是我們目前能做到的。這項(xiàng)技術(shù)讓一些原本不易實(shí)現(xiàn)的操作成為可能。這是一個(gè)非常重要且精妙的設(shè)計(jì)，我們正在用它來(lái)生產(chǎn)各種形狀的產(chǎn)品，例如從S形到W形，甚至是3D形狀。

我們成功開(kāi)發(fā)了一些系統(tǒng)，可以使兩片不同裁片沿著各自的縫紉路徑準(zhǔn)確地結(jié)合到一起。我們確信這是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，因?yàn)樗鼰o(wú)需任何額外編程。傳感器已集成在內(nèi)，因此只需進(jìn)行大量設(shè)置并啟動(dòng)，系統(tǒng)就能將面料縫合以創(chuàng)建特定形狀。

還有人會(huì)說(shuō)“你不需要使用機(jī)器人”。但我們剛剛部署了機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程的完全自動(dòng)化。通過(guò)整合兩臺(tái)機(jī)器人與這臺(tái)縫紉機(jī)，縫紉、修剪線(xiàn)頭等工序得以自動(dòng)完成。這臺(tái)機(jī)器人的程序是由不熟悉機(jī)器人技術(shù)的人員編寫(xiě)的，因此運(yùn)行時(shí)會(huì)有些抖動(dòng)，但這仍然是一個(gè)可行的方案。

由于我使用的是免費(fèi)（或開(kāi)源）的仿真軟件，所以整個(gè)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，但我覺(jué)得我們總體上還是加快了進(jìn)度。

接下來(lái)是一個(gè)范例：處理T恤衫的肩部拼接。你需要將前后兩片織物精確地對(duì)齊疊合。通過(guò)運(yùn)用 視覺(jué)伺服（Visual Servoing） 的概念，并結(jié)合與之前類(lèi)似的鏈接技術(shù)，系統(tǒng)嘗試獲取輪廓信息以實(shí)現(xiàn)對(duì)齊。在此之后，它實(shí)際上就能“看到”并將這兩部分準(zhǔn)確地對(duì)齊在一起了。

更進(jìn)一步說(shuō)，我們所做的是基礎(chǔ)研究。我與這家公司沒(méi)有關(guān)聯(lián)，但我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常好的 YouTube 視頻，其中展示他們需要處理一塊內(nèi)含一百個(gè)的織物。這意味著，要讓織物運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)至關(guān)重要。而為了進(jìn)行規(guī)劃，我們必須對(duì)織物的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行建模，這非常困難。為此，我們使用了 Transformer 模型。我們用 Transformer 進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，對(duì)織物的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，并以此為基礎(chǔ)生成動(dòng)作。這是一個(gè)3D案例。

你可以看到機(jī)器手的動(dòng)作能夠避免碰撞。這在很大程度上得益于精準(zhǔn)的掩模（Mask）處理。很多人都在從事相關(guān)領(lǐng)域和綠色能源的研究，因此我們也有一些可用于處理各種織物粗化（Roughing）的技術(shù)。關(guān)鍵在于，這不是處理可見(jiàn)的剛性物體。我們使用另一種架構(gòu)來(lái)訓(xùn)練控制器，使得同一個(gè)控制器可以用于處理多種不同的形狀或材質(zhì)。

這很有趣，但我們還沒(méi)有找到太多的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。因此，我們正在努力尋找應(yīng)用突破口。我們發(fā)現(xiàn)，之前深圳一家公司的例子或許展示了如何揀選一塊印花布。我們正試圖將這項(xiàng)研究推向下一階段，但要讓它被業(yè)界接受和采納并非易事。所以我們的一位學(xué)生正在嘗試。你可以使用某種特定的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。我希望我們將來(lái)能夠應(yīng)用它。

正如我一直強(qiáng)調(diào)的，這件事至關(guān)重要。我們正在認(rèn)真考慮如何將這套系統(tǒng)推向市場(chǎng)。目前我們選定了“汽車(chē)座椅”這一場(chǎng)景。

到 2028 年，全球汽車(chē)座椅工業(yè)縫紉設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到 36.3 億美元，雖然相較于龐大的應(yīng)用市場(chǎng)，這可能不算最大，但其產(chǎn)品附加值更高，市場(chǎng)價(jià)值非?？捎^。我們認(rèn)為這是一個(gè)極具潛力的方向。有趣的是，最大的市場(chǎng)在歐洲，其次是中國(guó)、北美、東南亞和日本。歐洲市場(chǎng)之所以領(lǐng)先，是因?yàn)槠淙肆Τ杀靖甙海@使得自動(dòng)化成為了維持當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需求。這為我們創(chuàng)造了一個(gè)明確的轉(zhuǎn)型窗口和市場(chǎng)切入點(diǎn)。緊隨其后的是一個(gè)穩(wěn)定增長(zhǎng)的、可觀的升級(jí)銷(xiāo)售市場(chǎng)。這是最后的，也是持續(xù)的一部分。

和之前一樣，我們的目標(biāo)始終如一：將一個(gè)復(fù)雜的工藝主題，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)穩(wěn)定、可靠的自動(dòng)化流程。非常感謝！這就是我們團(tuán)隊(duì)的工作。我希望有些人，以及我本人，未來(lái)都能有機(jī)會(huì)向大家介紹，這套系統(tǒng)如何能夠真正幫助到各位。非常感謝大家的關(guān)注！

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