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算力为王的年代,如何为你的机器人朋友筑起一道防护盾

[摘要]在今天这个算力统治世界的年代,我们感知算力的载体已经不仅局限于服务器、智能手机等终端,机器人正以惊人的速度进入我们的世界。然而,一
在今天这个算力统治世界的年代,我们感知算力的载体已经不仅局限于服务器、智能手机等终端,机器人正以惊人的速度进入我们的世界。然而,一方面是企业实际业务急需提升机器人各项性能,另一方面用户却又对机器人操控安全表现出极大的担忧,这种反差构成了一对矛盾。而要解开这对矛盾,就急需一个新型软件架构体系建立起一道防护盾,来缓解这对矛盾。这一次,老牌的嵌入式厂商——风河公司又给我们带来了惊喜。

未来机器人新世界

悄然之间,从小到家中的扫地或幼教机器人,大到街道上不时出现的无人驾驶汽车,各类机器人正在填充我们的世界。然而,这却只是一个开始。

统计数据表明,从全球范围来看,机器人市场在2019到2026年的增速保持在10%以上,而国内机器人市场的增速超过了20%。IDC的预测数字更是表明,机器人市场未来五年的增速会保持在30%。在接下来的时间里,人口老龄化将推进服务型机器人迅速普及,人工成本的高涨还会让工业机器人在制造企业应用越来越广,与此类似的各种应用需求将拉动机器人市场高速成长。

但另一方面,机器人在目前并不能完全替代人类。以我们熟知的特斯拉电动车为例,特斯拉的名字来自于知名科学家尼古拉·特斯拉,特斯拉曾提出过知名的观点:自动驾驶将成为常态,机器人即将取代人力。特斯拉公司曾把这些观点视为奉为圭臬,但当特斯拉公司在生产线上大规模应用机器人之后,Model 3电动车的产能却不能按计划达标,从而造成股票大跌。迫于压力,Musk不得不把更多的人力去取代机器人。但我们换一个角度来看,这同样说明:机器人相关的技术还有非常大的上升空间。

于是,各类与机器人相关的新型技术层出不穷,机器人创新一直处于活跃状态。与人力相比,机器人可以实现24小时工作,因而在平均成本上占据绝对优势。接下来机器人将并不只是简单重复动作,而是需要和人近距离协作。这样,当遇到柔性制造和更复杂的工艺流程时,机器人最终会变得和人力一样优秀,而这正是协作机器人的愿景。为了这些愿景,协作机器人、云联机器人、机器人视觉等下一代机器人,正在不断演进。在众多与机器人相关的技术中,人工智能、机器学习、边缘计算等技术正在变得日趋成熟。

由此我们也可以想见,与机器人创新技术高速增长相伴的,是机器人操控技术走向软件定义。但这同样也会造成软件复杂度迅速提升,从而给开发和管理出难题。机器人大量使用,快速开发和部署成为常态,这样对机器人厂商而言,如何保持成本优势也是一大难题。

软件定义的新挑战

综合考量机器人发展的创新难度,我们会发现,未来机器人技术将在性能、安全、实时性方面遇到瓶颈。

对高性能和高安全的追求,是所有计算终端的共同追求。相比于其他终端,机器人对实时性有着更高的要求。以机器人的共享控制为例,这项技术已在帮助外科大夫进行手术,机器人通过人类的轨迹执行动作,操作精密的手术,可以减少人类大夫抖动等失误,从而减少大夫的压力。但在这个过程中,却会要求尽可能减少机器人与大夫之间沟通的延迟,把实时性做到极致。

机器人与其他机械最大的不同,就在于智能化的实现。对用户而言,智能化=简单高效地实现灵活的应用。从机器人应用的各个环节都可以看出,软件才是“智能化”的关键。因此,性能、安全、实时性这三大难题的解决出路,就在于利用新的软件平台,推动软件定义机器人。

软件定义的本质就是控制面和基础能力面的分离,具体来说,就是通过虚拟化将软件和硬件分离出来,最终实现将这些池化的虚拟化资源进行按需道分割和重新组合。而当软件定义应用于机器人领域时,其内涵也得到了延伸,软件定义并不只是局限于软件定义网专络、软件定义存储、软件定义数据中心等领域,而是扩展至软件定义机器智能。而其过程,也演化为软件平台化、软件平台功能化、软件平台配置化等方向,通过支持功能安全及信息安全,实现支持机器人智能的实时性、可靠性、可扩展性,以及开放架构的能力。

风河创造了什么

应对软件定义机器智能,风河公司通过多年的积累,已能利用其涵盖虚拟化、操作系统、边缘计算、系统仿真以及各类专业服务的庞大的产品家族来满足机器人产业技术创新所需。

软件定义的基础是虚拟化,为此风河提供了Helix Virtualization Platform解决方案。它以虚拟化为基础,在ARM及X86多核CPU上,为虚拟机提供统一的硬件环境,支持虚拟机方式运行未修改Guest操作系统。在GuestOS基础上,再通过统一的软件框架,进一步提供统一的应用编程环境。

嵌入式系统是烧制在芯片中的一堆程序,因而是静止的。但随着智能设备功能的不断涌现,嵌入式系统同样面临着应用开发的难题。而当开发人员通过编码、排错、调试等一系列工作,让系统实现所需的功能和稳定性之后,由于异构的存在,换到另一种系统或场景之后,开发人员需要把上述工作重新再做一遍。这样,对于嵌入式系统开发人员而言,开发的本质就是在可靠性、开发效率、成本这三个鸡蛋上跳舞。Helix Virtualization Platform解决方案却通过将多个操作系统和不同安全级别的应用程序整合到单一边缘计算软件平台,为多个行业供简洁、安全和永不过时的关键基础设施解决方案,让开发人员可以同时在可靠性、开发效率、成本这三个鸡蛋上跳舞。

不得不提的还有操作系统,风河不仅提供面向工业领域的Wind River Linux,还有模块化、可扩展的VxWorks操作系统。在机器人领域,ROS 2是一款颇为流行的操作系统。而通过ROS 2 for VxWorks项目,风河已为开发者在VxWorks 7 中集成了ROS2框架,软件库及工具。

作为后起之秀,机器人应用必将随着快速的技术更新换代,以及行业个性化需求而追捧敏捷性开发,而新版的VxWorks一直强调在高安全、高兼容的基础之上,实现云原生开发的敏捷性。通过纯内核模式,实现任务间直接调用,精简代码量,精简镜像大小。

观看过《速度与激情8》的人,一定会对一群自动驾驶车辆被黑之后造成的混乱记忆深刻。因而机器要在使用的过程中,确保与其相关的人和生产环境的安全,显得尤为重要。应对安全问题,风河公司提供了一系列安全流程和安全认证所需的平台和服务,这些功能涵盖了启动安全、权限控制、镜像验证,到通信的加密、授权等方方面面。需要提及的是,信息安全需要通过持续的监控,持续的评估,持续的产品修复来实现;所以针对信息安全的监控,风河在相关产品中,还提供了监控、修复等服务。

在密集的业务需求面前,机器人将不可避免地走向自治化,在这个过程中,风河公司将通过持续提供安全、可靠、实时、整合、快速部署的软件平台,全程伴随机器人完成这场进化。这样,回到最开始的问题,利用风河的产品集群,我们就能为我们的机器人朋友筑起一道防护盾。




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