掃地機器人，是人工智障還是人工智能_風聞

來源：微信公眾號“浪潮工作室”

成年人最崩潰的瞬間有哪些？

“週末做家務”必須榜上有名。

你工作了一週，每天都是9點上班、9點下班，要麼和客户扯皮心力交瘁，要麼改方案死了無數腦細胞，累死累活好不容易週末了，卻發現家裏又變得髒兮兮的。

特別地，如果你生活在北京這樣的北方城市，等待你的可不是什麼週末明媚的陽光，而是陽光照射下的灰塵——是的，北方城市室內的地面，每隔幾天就落滿了灰塵。

於是你極不情願地從沙發坐了起來，拖着疲憊的身軀開始打掃房間。

請保潔阿姨？那是請不起的。讓父母幫忙？怎麼可能，一把年紀了於心不忍。讓伴侶去打掃？算了吧，已經厭倦了沒完沒了的爭吵。

於是，掃地機器人出現了。到今天為止，掃地機器人是唯一一種成功走入家庭的機器人[1]。

掃地機器人是比較實用的小型家用機器人

但掃地機器人進入中國家庭的這些年，人們可以説對掃地機器人又愛又恨。有人認為它是解放雙手的神器，也有人認為它是智障。

掃地機器人，到底是人工智能，還是人工智障？還是説，這些答案都不對，我們從來就沒有打開過掃地機器人的正確使用姿勢？

用過掃地機器人的，都怎麼説

有人覺得，掃地機器人雖然號稱“智能”，但看起來並沒有那麼智能，甚至有人把掃地機器人譏笑為“智障機器人”。

掃地機器人與其他家電都正常工作時，沒啥區別，但一出BUG就……比男人和女人之間的差別還大。

其他家電出的BUG可能是短路了，燒壞了；掃地機器人出的BUG是，越得過門檻，越不過地上的線圈；吸得起地上的麪粉，卻被頭髮絲纏住；家裏養了狗……那個重口味的笑話就不講了。

連貓都不能識別，是“掃地機氣人”沒錯了 /Youtube@walter santi

其他家電的工作主要只是重複持續地加熱、製冷、旋轉等，閉着眼睛都能做好。而掃地機器人必須做到：識別得清楚障礙，又識別得清楚垃圾；要在家裏走來走去，把垃圾打掃乾淨。

當然，不是所有人都認為掃地機器人一無是處。相反地，還有很大一部分人羣，覺得掃地機器人確實好用。

比如京東的一條評價，稱讚了掃地機器人打掃的清潔程度：

也有評論覺得掃地機器人不僅解放雙手，也很適合家裏的老人：

為什麼對同一種商品，人們會有不同的感受呢？

其實，對於掃地機器人來説，掃地這一點並不是太難。目前最廣為使用的掃地機器人是吸塵機器人。在吸塵這一點上，吸塵器與吸塵機器人之間並無大差別。

1991年，適合家用的真空吸塵原型設計就已經出現[1]。吸塵的原理是：利用高速旋轉刷，在機器內部產生一個真空，從而吸入外面的塵屑，這一點至今未變。

內部各儀器高速旋轉，被嵌在機器裏，形成強大吸力 /Youtube@Science channel

不過掃地機器人可能會多配一個灰塵感應器。最近市面上還出現了很多掃拖一體的掃地機器人產品，就是身上多攜帶了另一種工具，不復雜。

掃地機器人的關鍵難題是如何走動。

圖片：一項調查中，四位受調研用户畫出來的他們預期的掃地機器人行走路徑

只要掃地機器人走得讓主人不滿意，比如不從最髒的地方開始打掃，比如不在特別髒的地方反覆清掃，都會讓主人覺得“好蠢啊”[1]。

掃地機器人確實沒有大多數人想象的那樣智能。可以這麼説，市面上100%的掃地機器人，都做不到和人一樣聰明（廢話，現在最尖端的機器人也做不到）。

不過，這並不代表掃地機器人就“不值得買”。

我們應該關心的問題是，掃地機器人，可以在多大程度上幫我們做家務活？你到底需不需要一個掃地機器人來解放右，哦不，雙手？

掃地機器人沒那麼“智障”了

掃地機器人，其實經歷了一場技術革新。

早期的掃地機器人走了一些“彎路”，就是因為不知道如何走動，只能採用隨機的方式走路。

隨機過程理論表明，隨機亂走，走多了，就可以覆蓋所有面積[6]。這種方式效率有點低，掃地機器人會重複清掃某些位置，而另外一些位置可能需要掃地機器人在家裏晃盪三遍，才能覆蓋到。

在傢俱眾多的家庭環境中，普通掃地機器人的路線會受到干擾 /Bilibili@TESTV官方頻道

掃地機器人面對的不是一望無際的大平原，而是複雜的家庭環境。它不僅是需要在平坦的地面上走，還時不時會遭遇桌角或者門框。也就是説，它需要學會躲避。

於是，設計者就給掃地機器人配上了觸覺傳感器，這樣機器人遇到障礙後觸發保險槓，並退避。

但新的設計難題又出現了：地毯也會被掃地機器人視為一種障礙。

圖為一款掃地機器人模擬地毯測評。如果不能夠爬上地毯並自動加大吸力，那就比較雞肋了 / Bilibili@Yokii和灰和喵

而且早期掃地機器人，不能智能規劃和縮短路徑，撞上才能觸發保險槓[5, 6]。機器人撞壞了不要緊，上萬的實木傢俱被撞壞了才讓人心疼。

那如果再給掃地機器人，配上超聲波、紅外傳感器呢？前者可以發出一個聲波信號，遇到物體後會反射回來，依據反射時間及波型去計算它的距離及位置；後者則是發射紅外線探測。

原本，掃地機器人只是在零距離親密接觸障礙的時候才會停下來回頭；現在有了新增的傳感器，可以讓掃地機器人遇到障礙物之前先慢下來，不要撞上去。

有了特殊的紅外線傳感器，掃地機器人就能迴避台階，不會把自己摔個半身不遂；有了特別的超聲波傳感器，掃地機器人就能分辨地毯的存在，吸掃模式時打掃，拖地模式時繞過。

掃地機器人不僅要會避開障礙物，也要識別階梯，自動避開 / 某品牌掃地機器人宣傳片

在路線規劃上，掃地機器人也做到了更“智能”。

早期最成功的市場產品Roomba是這樣規劃路線的：它先選擇隨機方向並直線移動，直到遇到一個障礙物，然後選擇另一個隨機方向繼續直線前進。當機器人行進一定距離而未發現任何障礙物時，可以觸發螺旋形前進[3]。

Roomba的螺旋策略

這種策略節約了掃完所有空間需要的時間，適合在單個房間或房內較亂的房間打掃。也被其他一些品牌的掃地機器人採用[3]，現在市面上在售的產品也有使用這種策略的。

雖然在主人眼裏這種走法可能還是不可理喻，但是人家掃地機器人自己是亂中有序的。

另一種常見策略是首先進行空闊區域清潔，平行筆直前進，即“Z”字形前進，儘可能快地遍歷空闊區域的面積，然後對周邊區域和障礙物周邊進行最終清潔[3]。兼具拖地功能的機器人一般採用該策略。

某掃拖一體機器人產品介紹中使用“z”字形前進策略

超聲波傳感器和紅外傳感器，體積小而且便宜，正好讓掃地機器人比較好地瞭解房間。但它們也有一定缺點。

超聲波傳感難以測量障礙物的準確位置；紅外傳感器的搜索範圍狹窄，可能會漏掉細桌腿之類的不能識別。配備了它們，無法足夠精確地覆蓋所有要掃的區域。也可能被困在細腿的桌子椅子底下原地打轉[3, 5, 6]。

掃地機器人的世界裏到處都是障礙

設想一下，家裏有一個大餐桌，圍着八九把亂擺的椅子，其中有大於20釐米的間隙。

現在我們把直徑20釐米的掃地機器人放到餐桌下面，本來它可以從那大於20釐米的間隙通過，但是機器人的檢測精度不夠，看到的世界像近視眼看到的一樣，不敢穿過去；或者不具備360度往前探路的算法，這樣它就把自己困在裏面了。

解決方法，要麼就是提高檢測精度，有能力從間隙穿過去；要麼就是讓掃地機器人知道那裏是一個“百慕大三角區”，千萬不要進去。

現在提高了檢測精度的掃地機器人有不少；而有一些掃地機器人產品即具備識別卡死的功能，下次迴避。

誰最需要掃地機器人

事實上，掃地機器人用的技術不算新鮮，想想飛機、汽車，它們也帶有定位器、傳感器（這也是為什麼有知名汽車公司也製造掃地機器人）。

關鍵是如何通過聰明的技術組配便宜、輕和耐用的元器件和電池，讓更多的家庭花得起錢買它。

機器人越要精明高效地掃地，就越要配備複雜的儀器精確地瞭解環境，規劃路線[3]。

充滿傢俱的家裏其實是個複雜環境，這就要求掃地機器人擁有更高的規劃路線、躲避障礙能力

目前很多掃地機器人所用的宣傳語“SLAM”，翻譯過來叫做“同時定位與地圖構建”，就是為了讓掃地機器人更瞭解家庭環境。

具體實現SLAM的方式可能有所不同。有的產品帶有360度角的攝像機，有的可能帶激光測距儀實現，也不乏兼而有之的產品[3]。

在實現定位和構圖之後，要輔以路線計算，並且一個家庭的家裝環境通常不易改變，可以保持記憶，減省後續計算。

於是有的掃地機器人帶有很高的內存，帶有數個CPU。充分地考慮用户體驗，既智能，又讓用户可以做一些設置。

掃地機器人，可以遠程操控，工作太忙也可以省下來時間來享受人生

那麼，掃地機器人適合哪些人呢？

掃地機器人適合養寵物、有小孩的家庭。

家裏要是養了一隻狗，狗毛滿天飛，掃地機器人就會格外有用。一項調研顯示，一般家庭一週或兩週使用一次掃地機器人搞清掃；但一家養了一條愛掉毛的狗，一週就要用3次[1]。

對有小孩的家庭，掃地機器人可以保證地面乾淨，讓孩子隨便爬。這個想必很多人都知道了。

但掃地機器人還有一個隱藏好處，陪小孩玩。比如，孩子可以撿碎屑放到機器人前面，讓機器人吸；或者把毛絨玩具放到掃地機器人身上，讓毛絨玩具乘坐機器人在家裏兜風[2, 7]。

掃地機器人可以變成小孩的新玩具 /Youtube@CrazyFunnyStuffCFS

最最重要的是，掃地機器人適合那些整天為家務活分工吵來吵去的情侶、夫妻。有研究表明，原本沒想過要打掃房間的男人，在有了掃地機器人後反而願意做點家務活了[4]。

掃地機器人也適合太忙的、打掃不便的、大掃除能力較差的人/家庭。不是誰都能做全職家庭主婦，也不是誰都請得起保潔，掃地機器人可以讓幸福感顯著提高，潔淨標準提高[7]。

現在市面上掃地機器人種類眼花繚亂，但挑選起來，只要記住下面這幾個原則就可以。

一看家裏的環境及傢俱佈置。

家裏空闊的，傢俱都靠牆的，買不那麼智能的也行。

家裏有小門檻的，要買能越過門檻的產品，如果你不想每次都要抱它過去；但是該功能可能意味着要清理的地面雜物變多了，有的產品會把帶凡低於2釐米邊緣的雜物都爬一遍。家裏平坦無落差的不如不要帶該功能的。

某掃地機器人可翻閲2cm高的障礙

二看家裏的地面。如果是平滑的地面，清潔效果與吸力大小無關，主要看電刷；在凹凸表面，清潔效果主要看吸力如何[1]。

吸力大小主要看功率。因而家裏鋪地毯的家庭，更建議購買高吸力高功率的掃地機器人。家裏地面平滑的家庭，購買低吸力低功率的機器人或者使用温和清掃模式，機器人運行更安靜[1]。

對了，家裏地面在機器人開動之前可能需要整理雜物。零碎物品可能被判斷為垃圾被打掃，而大一些的可能被判斷為障礙。

比如地毯上擺放了一些積木，如果這一次不清理，它可能繞過去，積木之下成了一個沒掃到的地方。

只要你解鎖了掃地機器人正確的使用方式，你就會驚訝地發現，原來掃地機器人可以掃除這麼多傳統打掃方式吸不到的灰塵；原來一個沒有灰塵的家，是這樣的舒適和放鬆。

[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.