扫地机器人,是人工智障还是人工智能

subtitle 网易浪潮工作室11-06 10:48 跟贴 2102 条
扫地机器人,到底值不值得买?
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成年人最崩溃的瞬间有哪些?

“周末做家务”必须榜上有名。

你工作了一周,每天都是9点上班、9点下班,要么和客户扯皮心力交瘁,要么改方案死了无数脑细胞,累死累活好不容易周末了,却发现家里又变得脏兮兮的。

特别地,如果你生活在北京这样的北方城市,等待你的可不是什么周末明媚的阳光,而是阳光照射下的灰尘——是的,北方城市室内的地面,每隔几天就落满了灰尘。

于是你极不情愿地从沙发坐了起来,拖着疲惫的身躯开始打扫房间。

请保洁阿姨?那是请不起的。让父母帮忙?怎么可能,一把年纪了于心不忍。让伴侣去打扫?算了吧,已经厌倦了没完没了的争吵。

于是,扫地机器人出现了。到今天为止,扫地机器人是唯一一种成功走入家庭的机器人[1]。

扫地机器人是比较实用的小型家用机器人

但扫地机器人进入中国家庭的这些年,人们可以说对扫地机器人又爱又恨。有人认为它是解放双手的神器,也有人认为它是智障。

扫地机器人,到底是人工智能,还是人工智障?还是说,这些答案都不对,我们从来就没有打开过扫地机器人的正确使用姿势?

用过扫地机器人的,都怎么说

有人觉得,扫地机器人虽然号称“智能”,但看起来并没有那么智能,甚至有人把扫地机器人讥笑为“智障机器人”。

扫地机器人与其他家电都正常工作时,没啥区别,但一出BUG就……比男人和女人之间的差别还大。

其他家电出的BUG可能是短路了,烧坏了;扫地机器人出的BUG是,越得过门槛,越不过地上的线圈;吸得起地上的面粉,却被头发丝缠住;家里养了狗……那个重口味的笑话就不讲了。

连猫都不能识别,是“扫地机气人”没错了 /Youtube@walter santi

其他家电的工作主要只是重复持续地加热、制冷、旋转等,闭着眼睛都能做好。而扫地机器人必须做到:识别得清楚障碍,又识别得清楚垃圾;要在家里走来走去,把垃圾打扫干净。

当然,不是所有人都认为扫地机器人一无是处。相反地,还有很大一部分人群,觉得扫地机器人确实好用。

比如京东的一条评价,称赞了扫地机器人打扫的清洁程度:

也有评论觉得扫地机器人不仅解放双手,也很适合家里的老人:

为什么对同一种商品,人们会有不同的感受呢?

其实,对于扫地机器人来说,扫地这一点并不是太难。目前最广为使用的扫地机器人是吸尘机器人。在吸尘这一点上,吸尘器与吸尘机器人之间并无大差别。

1991年,适合家用的真空吸尘原型设计就已经出现[1]。吸尘的原理是:利用高速旋转刷,在机器内部产生一个真空,从而吸入外面的尘屑,这一点至今未变。

内部各仪器高速旋转,被嵌在机器里,形成强大吸力 /Youtube@Science channel

不过扫地机器人可能会多配一个灰尘感应器。最近市面上还出现了很多扫拖一体的扫地机器人产品,就是身上多携带了另一种工具,不复杂。

扫地机器人的关键难题是如何走动。

图片:一项调查中,四位受调研用户画出来的他们预期的扫地机器人行走路径

只要扫地机器人走得让主人不满意,比如不从最脏的地方开始打扫,比如不在特别脏的地方反复清扫,都会让主人觉得“好蠢啊”[1]。

扫地机器人确实没有大多数人想象的那样智能。可以这么说,市面上100%的扫地机器人,都做不到和人一样聪明(废话,现在最尖端的机器人也做不到)。

不过,这并不代表扫地机器人就“不值得买”。

我们应该关心的问题是,扫地机器人,可以在多大程度上帮我们做家务活?你到底需不需要一个扫地机器人来解放右,哦不,双手?

扫地机器人没那么“智障”了

扫地机器人,其实经历了一场技术革新。

早期的扫地机器人走了一些“弯路”,就是因为不知道如何走动,只能采用随机的方式走路。

随机过程理论表明,随机乱走,走多了,就可以覆盖所有面积[6]。这种方式效率有点低,扫地机器人会重复清扫某些位置,而另外一些位置可能需要扫地机器人在家里晃荡三遍,才能覆盖到。

在家具众多的家庭环境中,普通扫地机器人的路线会受到干扰 /Bilibili@TESTV官方频道

扫地机器人面对的不是一望无际的大平原,而是复杂的家庭环境。它不仅是需要在平坦的地面上走,还时不时会遭遇桌角或者门框。也就是说,它需要学会躲避。

于是,设计者就给扫地机器人配上了触觉传感器,这样机器人遇到障碍后触发保险杠,并退避。

但新的设计难题又出现了:地毯也会被扫地机器人视为一种障碍。

图为一款扫地机器人模拟地毯测评。如果不能够爬上地毯并自动加大吸力,那就比较鸡肋了 / Bilibili@Yokii和灰和喵

而且早期扫地机器人,不能智能规划和缩短路径,撞上才能触发保险杠[5, 6]。机器人撞坏了不要紧,上万的实木家具被撞坏了才让人心疼。

那如果再给扫地机器人,配上超声波、红外传感器呢?前者可以发出一个声波信号,遇到物体后会反射回来,依据反射时间及波型去计算它的距离及位置;后者则是发射红外线探测。

原本,扫地机器人只是在零距离亲密接触障碍的时候才会停下来回头;现在有了新增的传感器,可以让扫地机器人遇到障碍物之前先慢下来,不要撞上去。

有了特殊的红外线传感器,扫地机器人就能回避台阶,不会把自己摔个半身不遂;有了特别的超声波传感器,扫地机器人就能分辨地毯的存在,吸扫模式时打扫,拖地模式时绕过。

扫地机器人不仅要会避开障碍物,也要识别阶梯,自动避开 / 某品牌扫地机器人宣传片

在路线规划上,扫地机器人也做到了更“智能”。

早期最成功的市场产品Roomba是这样规划路线的:它先选择随机方向并直线移动,直到遇到一个障碍物,然后选择另一个随机方向继续直线前进。当机器人行进一定距离而未发现任何障碍物时,可以触发螺旋形前进[3]。

图:Roomba的螺旋策略

这种策略能够节约了扫完所有空间需要的时间,适合在单个房间或房内较乱的房间打扫。也被其他一些品牌的扫地机器人采用[3],现在市面上在售的产品也有使用这种策略的。

虽然在主人眼里这种走法可能还是不可理喻,但是人家扫地机器人自己是乱中有序的。

另一种常见策略是首先进行空阔区域清洁,平行笔直前进,即“Z”字形前进,尽可能快地遍历空阔区域的面积,然后对周边区域和障碍物进行最终清洁[3]。兼具拖地功能的机器人一般采用该策略。

图片:某扫拖一体机器人产品介绍中使用“z”字形前进策略

超声波传感器和红外传感器,体积小而且便宜,正好让扫地机器人比较好地了解房间。但它们也有一定缺点。

超声波传感难以测量障碍物的准确位置;红外传感器的搜索范围狭窄,可能会漏掉细桌腿之类的不能识别。配备了它们,无法足够精确地覆盖所有要扫的区域。也可能被困在细腿的桌子椅子底下原地打转[3, 5, 6]。

扫地机器人的世界里到处都是障碍

设想一下,家里有一个大餐桌,围着八九把乱摆的椅子,其中有大于20厘米的间隙。

现在我们把直径20厘米的扫地机器人放到餐桌下面,本来它可以从那大于20厘米的间隙通过,但是机器人的检测精度不够,看到的世界像近视眼看到的一样,不敢穿过去;或者不具备360度往前探路的算法,这样它就把自己困在里面了。

解决方法,要么就是提高检测精度,有能力从间隙穿过去;要么就是让扫地机器人知道那里是一个“百慕大三角区”,千万不要进去。

现在提高了检测精度的扫地机器人有不少;而有一些扫地机器人产品即具备识别卡死的功能,下次回避。

谁最需要扫地机器人

事实上,扫地机器人用的技术不算新鲜,想想飞机、汽车,它们也带有定位器、传感器(这也是为什么有知名汽车公司也制造扫地机器人)。

关键是如何通过聪明的技术组配便宜、轻和耐用的元器件和电池,让更多的家庭花得起钱买它。

机器人越要精明高效地扫地,就越要配备复杂的仪器精确地了解环境,规划路线[3]。

充满家具的家里其实是个复杂环境,这就要求扫地机器人拥有更高的规划路线、躲避障碍能力

目前很多扫地机器人所用的宣传语“SLAM”,翻译过来叫做“同时定位与地图构建”,就是为了让扫地机器人更了解家庭环境。

具体实现SLAM的方式可能有所不同。有的产品带有360度角的摄像机,有的可能带激光测距仪实现,也不乏兼而有之的产品[3]。

在实现定位和构图之后,要辅以路线计算,并且一个家庭的家装环境通常不易改变,可以保持记忆,减省后续计算。

于是有的扫地机器人带有很高的内存,带有数个CPU。充分地考虑用户体验,既智能,又让用户可以做一些设置。

扫地机器人,可以远程操控,工作太忙也可以省下来时间来享受人生

那么,扫地机器人适合哪些人呢?

扫地机器人适合养宠物、有小孩的家庭。

家里要是养了一只狗,狗毛满天飞,扫地机器人就会格外有用。一项调研显示,一般家庭一周或两周使用一次扫地机器人搞清扫;但一家养了一条爱掉毛的狗,一周就要用3次[1]。

对有小孩的家庭,扫地机器人可以保证地面干净,让孩子随便爬。这个想必很多人都知道了。

但扫地机器人还有一个隐藏好处,陪小孩玩。比如,孩子可以捡碎屑放到机器人前面,让机器人吸;或者把毛绒玩具放到扫地机器人身上,让毛绒玩具乘坐机器人在家里兜风[2, 7]。

扫地机器人可以变成小孩的新玩具 /Youtube@CrazyFunnyStuffCFS

最最重要的是,扫地机器人适合那些整天为家务活分工吵来吵去的情侣、夫妻。有研究表明,原本没想过要打扫房间的男人,在有了扫地机器人后反而愿意做点家务活了[4]。

扫地机器人也适合太忙的、打扫不便的、大扫除能力较差的人/家庭。不是谁都能做全职家庭主妇,也不是谁都请得起保洁,扫地机器人可以让幸福感显著提高,洁净标准提高[7]。

现在市面上扫地机器人种类眼花缭乱,但挑选起来,只要记住下面这几个原则就可以。

一看家里的环境及家具布置。

家里空阔的,家具都靠墙的,买不那么智能的也行。

家里有小门槛的,要买能越过门槛的产品,如果你不想每次都要抱它过去;但是该功能可能意味着要清理的地面杂物变多了,有的产品会把带凡低于2厘米边缘的杂物都爬一遍。家里平坦无落差的不如不要带该功能的。

某扫地机器人可翻阅2cm高的障碍

二看家里的地面。如果是平滑的地面,清洁效果与吸力大小无关,主要看电刷;在凹凸表面,清洁效果主要看吸力如何[1]。

吸力大小主要看功率。因而家里铺地毯的家庭,更建议购买高吸力高功率的扫地机器人。家里地面平滑的家庭,购买低吸力低功率的机器人或者使用温和清扫模式,机器人运行更安静[1]。

对了,家里地面在机器人开动之前可能要整理杂物。零碎物品可能被判断为垃圾被打扫,而大一些的可能被判断为障碍。比如地毯上摆放了一些积木,如果这一次不清理,它可能绕过去,积木之下成了一个没扫到的地方。

只要你解锁了扫地机器人正确的使用方式,你就会惊讶地发现,原来扫地机器人可以扫除这么多传统打扫方式吸不到的灰尘;原来一个没有灰尘的家,是这样的舒适和放松。

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参考文献

[1]Vaussard F , Fink J , Bauwens V , et al. Lessons learned from robotic vacuum cleaners entering the home ecosystem[J]. Robotics and Autonomous Systems, 2014, 62(3):376-391.

[2]Fink J , Valérie Bauwens, Frédéric Kaplan…. Living with a Vacuum Cleaning Robot[J]. International Journal of Social Robotics, 2013, 5(3):389-408.

[3]Prassler E., Munich M.E., Pirjanian P., Kosuge K. (2016) Domestic Robotics. In: Siciliano B., Khatib O. (eds) Springer Handbook of Robotics. Springer Handbooks. Springer, Cham

[4]Nicholls L, Strengers Y. Robotic vacuum cleaners save energy? Raising cleanliness conventions and energy demand in Australian households with smart home technologies[J]. Energy research and social science, 2019: 73-81.

[5]Kang M C, Kim K, Noh D, et al. A robust obstacle detection method for robotic vacuum cleaners[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2014, 60(4): 587-595.

[6]Prassler E., Kosuge K. (2008) Domestic Robotics. In: Siciliano B., Khatib O. (eds) Springer Handbook of Robotics. Springer, Berlin, Heidelberg

[7]Sung J Y, Guo L, Grinter R E, et al. “My Roomba is Rambo”: intimate home appliances[C]//International Conference on Ubiquitous Computing. Springer, Berlin, Heidelberg, 2007: 145-162.

作者:言烟

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