仿生机器人的中国梦与现实

听过蜘蛛侠、蝙蝠侠、钢铁侠,但你听说过“章鱼侠”吗,这不是哪部大片里主角,而是我国自主研发仿生机器人中的一员,别看是“新丁”,“章鱼侠”本领却非同寻常。其移动自如的“六足”具有良好的复杂环境适应能力,可在核辐射、水下和火灾等极端环境下完成搬运、搜索、探测和救援作业等任务,让极端条件下的远程救援成为可能。

而在美国,机器人派特曼正像忍者一般在跑步机上接受各项性能的检测,待通过实战演习后,派特曼将在美国服役,为军人测试各种防护服装和设备。有人士预测,日后,仿生机器人将成为美国的神兵利器。 随着在人类无法到达的领域发挥出不可替代的作用,仿生机器人如今正成为科研机构、企业等研究的重点方向。在电影《机器人瓦力》中,可爱的WALL-E(Waste Allocation Load Lifter Earth Class,地球版垃圾配置承载起重机,中文名瓦力),其实就是地球上唯一的一台垃圾处理机器人,因为地球上早已不适宜人类生存了,瓦力的工作便是将地球上的垃圾处理成一个个的方块叠加起来,然后通过电视中残留的印象感受爱情。什么时候,我们也能有一个可爱的、拥有情感的瓦力呢? ◆“章鱼侠”威武来袭 “绝处”靠它带来生机 “章鱼侠”是上海交大机械与动力工程学院教授高峰带领的团队自主研发而成的,实际上是上代仿生机器人“智慧小象”的兄弟,高峰告诉记者,兄弟俩分别代表着四足仿生机器人和六足仿生机器人,如今,它们都在上海交通大学重大装备设计与工作工程研究所实验室里等待着研发人员升级换代。 走进实验室,就看到约1米高的“章鱼侠”,远看,它长有六爪,在地上灵活稳健地行走,酷像章鱼在深海中自在地游弋;近观,颇有“钢铁侠”之风范,钢足铁骨,想象它在火海水灾核难中穿行、救援,恰像一位无畏艰险的英雄。 “章鱼侠腿部设计很特殊,每条腿都装有3个电机,由18个电机驱动,负重可达500斤,腿脚可实现18个自由度变换,能够灵活地沿各个方向稳定行走,时速可达1.2千米/小时,续航能力也达到一天半,用无线来控制。”团队成员柴勋告诉记者,当用“四爪”站立时,空出的“两爪”便可当“两手”完成拧动阀门、清理事故现场等作业。像2011年日本福岛的核电站灾难,在高温、高压、高辐射的极端环境下进行处理和救援,仅靠人力,必然会产生很大的伤亡和损失。这些绝地情形,正是“章鱼侠”机器人大显身手之处。 蜘蛛在这里安享晚年 “章鱼侠”的诞生用了3年时间,为了了解动物的构造和功能,实验室仿佛变成了动物园,“我们养过狗、蜘蛛等各种四足及四足以上的动物,因为海里的大章鱼不太好买,实际上章鱼侠的原型是蜘蛛,这只蜘蛛到现在还在呢。”另一位团队成员陈先宝小心翼翼地从柜子里拿出一个盒子,一只蜘蛛正在安享晚年。 研发过程也不让人省心,“小象的原型是采用发动机的,有一次在做静音实验时,油管突然爆了,离得近的人被喷了一身油。但这油不是白喷的,研发人员由此想到怎么才能让动力稳定一点,才有了现在电机带液压这种稳定的方式。而且这些动物调皮的时候,会冷不丁踹你一脚,所以千万别离它们太近。”陈先宝说。 高峰告诉《IT时报》记者,此前,步行机器人技术在国际上一直是发达国家的天下,“智慧小象”突破了仿生机构、高功率密度液压驱动、状态感知与环境适应、仿生步态规划与动态控制等核心技术,“章鱼侠”则具有高速、高负载能力和对典型非结构化地形的高适应能力。 在实验室的电脑上,记者看到陈先宝在计算着一些复杂的公式,柴勋则在绘制模型图,他们正在为下一批四足、六足仿生机器人做准备。“做仿生机器人是个需要贯通控制学、动力学等多门学科,因此要互相配合,接下去正计划做藏獒、梅花鹿等仿生机器人。”高峰透露说。 ◆ 产业化尚有距离 一台机器人30万 普通人买不起 在高峰心里,一直有一个梦想,希望能把仿生机器人产业化,“在实验室里研究这些东西,希望它们能发挥作用,而不是纯粹作为观赏。”高峰告诉《IT时报》记者。 “在某届工博会上曾展出一款仿生机器人,成本要20多万元,市场售价为30万元以上,单单机器人外壳成本就要2万元,离量产或者进入寻常百姓家还有一定的距离。”一中国科学院自动化研究所工作人员表示。 机器人产业和其它很多产业类似,整体而言是集成能力较强,但缺乏核心零部件的生产能力。“实际上,国内理论研究、市场应用、制造水平跟国外的差距不大,但是关键的基础元器件,如电机、减速器、传感器则依赖进口,其实机器人的成本也主要集中在这一块。”高峰告诉记者,做整体机器人的研究所和公司很多,但由于基础元器件依赖进口,成本比较高,在研发阶段还要投入巨大的科研经费。成本一高,就难以打开市场。 上海未来伙伴机器人有限公司以做教育类智能机器人为主,其首席工程师邓寅喆告诉记者,他们有时想进口最好的核心器件,但根本买不到,因为最顶级的配件只提供给军队。“一般家庭用户都对价格比较敏感,因此我们还生产一些履带式机器人,主要提供给军用,价格方面的因素就会考虑得少一些。”邓寅喆说。 机器人疯了怎么办?安全仍是大问题 而从技术角度来说,安全和智能也是两大瓶颈。“电线断了、电机失灵、不听控制了,打到人怎么办?仿生机器人一般都处于复杂的环境中,必须要考虑到各个环节故障出现了怎么办。这一点上来说,清洁机器人现在发展的最成熟,也因其对安全要求较低——清洁机器人发疯了顶多四处撞墙,仿生机器人在安全方面的要求就高多了。”邓寅喆告诉记者。 “从技术指标来说,某一单项技术国内与国外相比较,具有一定的可比性,但是产品的可靠性、安全性还有差距。”北京航空航天大学机器人研究所所长毕树生总结说。 “章鱼侠”下一步的目标是让它能自动避让障碍物,“现在,章鱼侠如果碰到障碍,没有收到指令的话,它可能就停在那里了,这就说明智能化水平还不够,要快速检测、识别出环境的变化,并且不断做出判断、修改执行方案,最终实现目标。”柴勋说。 实际上,目前仿生机器人绝大部分还处于研究阶段,包括美国著名的大狗机器人项目,它们离产业化都还有一定距离。“这个大狗在遭到猛踹之后,打个趔趄,能继续前行,能在交通不便的地区运送弹药、食物等。很多视频里的机器人看上去运行很好,那是在比较理想、固定的环境中拍摄的。如果把它放到一个陌生环境,它就不一定能发挥好了。”毕树生告诉记者。 ◆ 创业者面临两难 研发要“烧钱” 却没钱烧 作为刚刚创立机器人公司的创业者,尽管曾斩获2011“挑战杯”全国大学生课外科技竞赛特等奖,拥有15项发明专利,成立的机器人公司也成功研发出了几款机器人产品,但孙荣毅面临着很多新成立的创新小企业也面临的问题:融资难。 “我遇到最大的困难就是融资问题,找了很多家公司都不愿意投。”孙荣毅阐述了自己关于融资难的看法:原因之一是仿生机器人研发是件“烧钱”的事情,可靠性和稳定性难把控,投资者担心利润回收周期长,投资风险大;二是国内的投资环境对小公司生存并不有利,国外的众筹模式在国内没有很好的推广。 高峰尽管是大学教授,却和孙荣毅有同感。“学校虽然做了很多东西,看着好玩,但缺乏应用。企业参与度不够,虽然也有一些企业会来谈合作,但他们问的第一个问题就是能不能赚钱。说实话,仿生机器人短期内的确是很难产生效益的,关键原因是仿生机器人基本都用于救援,应用的场景还不多。”高峰说。 记者了解到,国内大概有200多家做机器人的企业,他们主要的研发产品是民用机器人,包括仿生机器人和智能机器人,而能盈利的却很少。 邓寅喆告诉记者,相较于以前,机器人公司的政策环境好了许多,政府会给予一些政策上的支持。 iRobot是1990年从美国起家的机器人公司,可以说是世界上最成功的机器人企业,也是纳斯达克的机器人第一股。它既生产走进千家万户的扫地机器人,也为美国军队提供服务。“起初,iRobot也碰到资金和市场的困难,是美国政府为其提供了3000多万美元资金,支持了约33项研究活动,“911”后,又购买了iRobot研发的搜救机器人PackBot。”iRobot中国区代理、湖南科凡达高新智能设备供应有限公司董事长杨新明告诉《IT时报》记者,之后,iRobot从家用机器人入手,打开市场。“目前iRobot全球家用机器人累计销量超过1200万台。当然,这也得益于国外市场对吸尘机器人产品的认可度和接受度要高于国内。”杨新明说。 专业人才不愿进民企 限制民营机器人企业发展的另一原因是人才,另一机器人公司的创业者告诉《IT时报》记者,现在要想招聘一些专业型的人才到民企很难,因为机器人生产需要的是技术,实际上对学历也有蛮高的要求,高学历的人一般不愿到民营企业,况且他们也付不起这些人才的高工资。 我们在采访中了解到,研究仿生机器人的人员需要各学科领域,高校也没有专门的机器人专业。一直在高校工作的高峰对此深有感触,“我们实验室里有20多位成员,有老师也有在读的博士生,这些人都是我自己选的,要考虑到专业也要考虑协调。”高峰说,做机器人还是要耐得住寂寞,创意设想、公式计算、模型构建等都是一个痛苦的生产过程,有的学生毕业后就不会选择对口的工作。 柴勋和陈先宝现在正在读博士,不久他们也会面临就业问题,他们告诉记者,日后比较理想的工作单位是科研机构或者比较大的机器人企业,基本不会考虑进民企。“我们的师哥师姐基本都没有进民企。”柴勋说。 尽管学生们不愿进民企,但说起仿生机器人发展的远景,高峰坚信,未来的仿生机器人市场一定是民营企业的天下。“因为他们要生存,所以要创新。”高峰说。因此,对于学生们的选择,高峰则表现出了担忧。“民营企业未必就没有好的平台,可能资金会比较紧张。但相比于大企业,在民企的创新束缚可能会更少。”高峰说。 这不,孙荣毅就表示以后要把机器人研发称为一个有意识的生命体,而不是简单的程序代码。

本文分享自微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

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原始发表时间:2014-10-29

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