排名 | 名稱 | 運用范圍 | 研發團隊 |
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1 | 蛇形臂機器人 | 核電站反應堆的檢修工作以及地震的搜救工作等。 | 新松 |
2 | 傳感仿生機器人 | 危險任務處理,例如爆炸品、輻射、空氣污染、高壓電、強磁場等。 | 印星機器人 |
3 | 第一代工業級水下魚型機器RoboShark 1.0 | 主要應用于水下的巡檢、科考和追蹤等任務。 | 博雅工道 |
4 | 獵戶機械臂平臺 | 能通過編程來自定義機械臂的動作,其首款落地應用是“機器人咖啡店”。 | 獵豹移動 |
5 | 姚明機器人2.0 | 應用于競技體育訓練的人工智能化、全民健身的運動娛樂化和仿人機器人的社會化服務等。 | 上海荷福 |
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初步落地效果顯著,仿生機器人發展前景樂觀
人們對機器人的印象最初可能來自于影視作品。在作品中,機器人表現出了無所不能的天賦,甚至有著掌控地球的力量,這種智能產品的存在,也激起了現實社會中人們對其利弊做出的兩極分化式的熱烈討論。
不過,隨著科學技術的發展,已經不斷有能輔助工作、學習、娛樂的機器產品走進大家的視野,我們的生活也在一定程度上受到了機器產品帶來的影響。
近些年來,一些原本只在科幻電影里才會出現的同時具有生物和機器人特點的仿生機器人,也逐漸在軍事反恐、探索太空、醫療救助、搶險救災、海洋勘測等不適合由人來承擔任務的環境中凸顯了良好的應用前景。
作為機器人領域的細分,仿生機器人是仿生學在機器人領域的應用落地,它通過模仿自然界中的生物的外部形狀、運動原理和行為方式,能夠延伸或替代生物體的部分功能,從而達到便捷特定場景工作的目的。
不過,就仿生機器人的具體應用結果來說,每個領域的表現各有優劣。
在軍事領域,許多仿生機器人因能耗太大、噪音太強等原因為人詬病,導致其應用價值并不高;而在醫療、救援、看護等特定的垂直化場景中,仿生機器人的表現卻又出乎意料的好,哈佛軟體機器人實驗室研制的人工心臟就是軟體機器人成功落地的典型案例。
該機器人的外體為硅膠澆筑,內部螺旋狀埋設人工肌肉。人工心臟通過氣動人工肌肉(PAM)來控制自身運動,選擇性激活或關閉人工肌肉單元,進而模擬心臟肌肉收縮規律,并能使用軟件進行數值仿真。
除了醫療救助,近來仿生機器人的研發又有了新成果,它或將進一步加速機器人走進日常生活場景的腳步。
日前,麻省理工的研究人員對外展示了一款“小獵豹”機器人。從網上的視頻可以看到,這款機器人雖然身形小巧,卻能完成后空翻、跑步、橫向走動、平地旋轉等許多動作。
據報道,作為麻省理工仿生機器人實驗室的作品之一,這臺機器人是首個實現后空翻的四足機器人。動物機器人的量產此前早有先例,其主要的應用場景是家用看護。不過,這種仿生機器動物或許會逐漸成為家庭的寵物也未可知。
時至今日,國內外對仿生機器人的研究已經積累了豐富的成果,而這一獨特的技術研究方向還將不斷綿延,朝著延伸出更融洽的落地場景、創造更好的人類生活而努力。
國內仿生技術發展迅速,但現實問題不容小覷
為應對21世紀人類可能會面臨的老齡化社會,彌補年輕勞動力的嚴重不足,助力解決老齡化社會的家庭服務和醫療等問題,近年來,仿生機器人正在經歷快速發展階段。
從蜘蛛、鳥類,到章魚、蟑螂、狗,各種生物都在為仿生技術的進步提供源源不斷的靈感,仿生技術也成為了機器人領域發展最快的細分研究類別之一。
目前,仿生機器人主要包括三大類:仿人機器人、仿生物機器人和生物機器人。按照使用環境的不同,又可以將機器人分為水下仿生機器人、空中仿生機器人和地面仿生機器人。
在仿生機器人中,對仿人機器人的研究和發展是人們相當重視的分支之一。
仿人機器人的研制開始于20世紀60年代末的雙足步行機器人,它最大的特征就是能夠用雙足行走。不僅具備仿人的外形、行走姿勢和完成抓取等基本特點,它還集成了多門學科知識和多項高新科技,代表了機器人的尖端技術。
仿人機器人技術是智能機器人研究的熱點,也是一個國家機器人研究水平的標志。相對于其他國家,雖然我國關于仿生技術的研究起步較晚,但是近30年來,在NSFC的大力資助下,我國經歷了從跟蹤國外研究、模仿國外成果到局部領域齊頭并進的層層遞進。
我國先后研制出多指關節靈巧手、雙足步行機器人和仿人機器人“先行者”,逐漸縮小了我國仿人機器人研究與世界先進水平的差距。仿人機器人“匯童”,標志著我國成為繼日本之后第二個掌握集機構、控制、傳感器、電源等于一體的仿人機器人技術的國家。
近年來,在仿生機器人領域,北大的機器魚和南航的機器壁虎也是非常成功和領先的例子。對仿生機器人的研發,不僅標志著新產業的開辟,還帶來了更多的就業機會和社會價值。
去年,江門市印星機器人有限公司與香港一家科研公司合作,研發出了具有全球先進水平的傳感仿生機器人。這是一個可以模仿人類細微動作的機器人,甚至能完成拆彈等高危任務。公司目前已獲得英國、美國等企業約百份訂單。
該公司技術領導人表示:“控制員戴著控制器之后,機器人可以模仿控制員做出的所有動作。我們計算的角度誤差只是1.25度,反應時間在30微妙以下,控制員和機器人的動作幾乎是同步的。從動作精細度方面看,已經達到國際領先水平。”
隨著5G時代的到來,該公司已著手研發5G網絡下的第二代動作機器人。新一代的機器人將融合更多的新科技,如頸部自由度的控制、配合VR眼鏡等。
不過,從行業目前的整體發展情況來看,對仿生機器人的研究還存在很多現實的問題,提升空間巨大。比如,研究深度的問題,這也解釋了為什么目前的仿生機器人樣機與生物實際的功能相距甚遠;研發和制作成本的問題,巨大的成本是產品最終量產需要攻克的首要難題……
可以無限接近,而非完美替代
目前關于仿生機器人在理論研究、市場應用和制造等方面的水平,國內外的差距并不大,但在部分仿生機器人的加工生產過程中,我國卻面臨著挑戰。
究其原因,在于某些核心零部件的生產能力嚴重不足,尤其是像電機、減速器、傳感器等關鍵的基礎元器件。對進口零部件的依賴,導致了國產仿生機器人的高昂生產成本。
作為還沒有完全投入使用的仿生機器人,其研發和制作成本就已經達到數百萬美元,想要實現量產和產業化的目標依然困難重重。
近期,日本發布的一款以日俄混血的女性為原型的仿生機器人。它的外形和普通日本女孩相差無幾,樣子看起來甜美又精致,甚至能做出正常人類的幾十個表情,豐富的語言素材庫還能讓人和她進行無障礙溝通。看似將成為抓住大眾宅男市場的新商機,然而180萬元的售價卻讓普通人望而卻步。
成本雖然高,但是如果能真正達到完美地生物替代效果,那么仿生機器人或許能成為實用的奢侈品。然而事實并非如此,目前的仿生機器人樣機與生物實際的功能相距甚遠。
究其原因,或與生物本身的精密構造密不可分。世界上存在著的千萬種生物都是經過億萬年的進化、發展而來,這使得生物體具有最融洽的內部結構特點,而這種融洽主要體現在靈活的運動能力、良好的環境適應性和強大的生存能力。
生物體是一個相當復雜的系統,每一個動作和功能都是由骨骼、肌肉、神經系統等多方面協調的結果。因此,人們不禁要反問,一個簡單的程序真的可以實現很好的替代效果嗎?
尤其是對于需要跨越材料、機電、控制、設計、力學等多學科,還要跟腦科學、生物科學等領域的研究成果相結合,仿生機器人要實現對生物機理的準確建模和分析,還有很長的路要走。
不過隨著人類對人腦以及神經系統研究的深入,仿生機器人可能將不僅具有生物的形態特征和運動方式,同時還會具備生物的自我感知、自我控制等性能特性,更接近生物本身。
借助大自然的優勢而開辟出的仿生機器人技術是人類智慧的結晶,終有一天,這顆智慧的大樹也將碩果累累。