去年首次亮相的特斯拉“擎天柱”機(jī)器人，近日又上熱搜，特斯拉首席執(zhí)行官馬斯克稱，將于9月30日公布該款人形機(jī)器人的更多細(xì)節(jié)，最快明年就要面世;8月8日，騰訊正式發(fā)布Max二代機(jī)器人，其能在梅花樁上完成旋轉(zhuǎn)踏步、單樁跳躍、雙輪站立等高難度動(dòng)作;小米機(jī)器人“鐵蛋”和“鐵大”、小鵬智能機(jī)器馬等各類機(jī)器人層出不窮。

　　馬斯克曾直言，機(jī)器人比汽車更有價(jià)值。有價(jià)值必然有市場。當(dāng)前，小米、百度、華為、特斯拉、福特、豐田等國內(nèi)外眾多科技巨頭和車企都在競相推出自己的機(jī)器人。

　　擁抱機(jī)器人時(shí)代，人類步伐不僅要快，更要穩(wěn)。

　　機(jī)器人或是未來最好的交互工具

　　馬斯克對(duì)于“擎天柱”的“官宣”讓消費(fèi)者和業(yè)界都十分期待。

　　“其實(shí)不用大驚小怪，機(jī)器人早已在很多地方影響著我們的生活?！焙惫I(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授張子蓬說，隨著服務(wù)機(jī)器人的全面發(fā)展，日常生活中與機(jī)器人相遇的機(jī)會(huì)越來越多，如酒店自動(dòng)送餐小車、無人駕駛機(jī)動(dòng)車、炒菜機(jī)器人等。

　　張子蓬認(rèn)為，經(jīng)多年培育，機(jī)器人相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已迎來爆發(fā)期。“機(jī)器人需求量將呈爆發(fā)性增長，或在百萬億美元量級(jí)?！彼f，機(jī)器人市場容量巨大，吸引巨頭們紛紛下場，搶占先機(jī)分一杯羹。

　　今年4月，馬斯克透露，“擎天柱”機(jī)器人預(yù)計(jì)售價(jià)2.5萬美元。據(jù)介紹，“擎天柱”機(jī)器人身高172厘米，頭上有一塊屏幕用來顯示信息，擁有360°視野監(jiān)控，整體重量約56.7千克，行動(dòng)速度最高可達(dá)9.33公里每小時(shí)。

　　特斯拉宣稱，該機(jī)器人身體表面由特殊輕質(zhì)材料制成，“比人的皮膚還光滑”。其行動(dòng)主要依靠脖子、胳膊、手、腿、軀干中搭載的40個(gè)機(jī)電傳動(dòng)器，可以執(zhí)行一些精密的手工作業(yè)。

　　而騰訊自研的多模態(tài)四足機(jī)器人Max，采用原創(chuàng)的腿輪一體的本體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“崎嶇路面走得穩(wěn)，平坦路面跑得快”，在視覺感知、軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制等方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新。

　　“各大科技巨頭瞄準(zhǔn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局，是一種戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)?！睆堊优钫f，巨頭們在線上的能量十分驚人，但在線下如何做到全方位與人交互，將“抵達(dá)客戶的最后一百米”做好，是其需要不斷去追逐的目標(biāo)。

　　從臺(tái)式電腦、筆記本到手機(jī)，顯示屏越來越小，交互的便捷性卻越來越強(qiáng)。張子蓬表示，從全面性來講，未來，各種形態(tài)的機(jī)器人無疑是最好的交互工具。機(jī)器人適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的線下延伸應(yīng)用，且需求數(shù)量巨大，科技巨頭們?nèi)绱俗分鹨簿驮谇槔碇辛恕?/p>

　　生產(chǎn)和生活方面的人類好幫手

　　“機(jī)器人可以簡單分為兩類，工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人?！睆堊优钫f，工業(yè)機(jī)器人以生產(chǎn)應(yīng)用為主，對(duì)可靠性、壽命、效率等有著極高的要求。

　　張子蓬介紹，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展60余年，尤其是在生產(chǎn)端，“黑燈工廠”(可關(guān)閉作業(yè)區(qū)域照明的無人工廠)早已不是新鮮概念。工業(yè)現(xiàn)代化之所以能夠取得如此高的效率，用機(jī)器人解放人力是最重要的產(chǎn)能支撐。這些“安家”在工廠車間或生產(chǎn)地的機(jī)器人，日常生活中難以遇到，但卻是國家制造業(yè)硬實(shí)力的體現(xiàn)。

　　例如白酒釀造的一道核心工序——上甑，釀酒師傅要在酒精蒸汽冒出之前，將酒醅撒上。如何把酒醅撒好是一道手藝活，一位合格的上甑師傅需要8年的時(shí)間去琢磨手感。

　　“但‘上甑機(jī)器人’可以成為與老釀酒師傅媲美的‘上甑工匠’，這種類型的機(jī)器人還是中國獨(dú)有的?！蔽錆h奮進(jìn)智能機(jī)器有限公司董事長徐擊水說，老師傅鋪料憑經(jīng)驗(yàn)和直覺，而機(jī)器人通過紅外等技術(shù)，可實(shí)時(shí)感知甑體內(nèi)蒸汽分布情況，快速計(jì)算鋪哪里、鋪多少，比肉眼判斷更準(zhǔn)確，一臺(tái)機(jī)器人最多可以代替6名熟練師傅，效率也得以大大提升。

　　張子蓬說，和工業(yè)機(jī)器人不同的是，服務(wù)機(jī)器人面對(duì)的是人或多種應(yīng)用場景。

　　湖北是小龍蝦生產(chǎn)、消費(fèi)大省，吃蝦令人開懷，剝蝦卻令人厭煩。簡單重復(fù)的剝蝦動(dòng)作，可否讓機(jī)器人來完成?張子蓬曾參與研發(fā)全球首臺(tái)智能剝蝦機(jī)器人，其控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)算法，可像人類大腦一樣，在讀取、運(yùn)算后發(fā)出指令，控制機(jī)器人的“雙手”，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)抓取和智能剝蝦。

　　此外，機(jī)器人外觀在擬人化方面，也越來越逼真。張子蓬認(rèn)為，機(jī)器人擬人化，是為取悅于人，方便在個(gè)人或公眾服務(wù)層面應(yīng)用推廣。

　　服務(wù)機(jī)器人對(duì)精度、可靠性方面的要求沒有工業(yè)機(jī)器人高，但對(duì)智能化程度的要求更高，這是科技巨頭們的優(yōu)勢所在。

　　我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢強(qiáng)勁

　　“我國機(jī)器人技術(shù)起步較晚，隨著國家推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，作為制造業(yè)大國，機(jī)器人應(yīng)用范圍越來越廣。”中國科學(xué)院院士丁漢說，“頗為厲害”的國產(chǎn)機(jī)器人，或與人們想象中的機(jī)器人不太一樣，卻覆蓋了“海陸空”。

　　機(jī)器人送餐、機(jī)器人檢查、機(jī)器人搬運(yùn)……如今，機(jī)器人已成為人們習(xí)以為常的“智能幫手”。

　　張子蓬介紹，近年來，國家給予了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大力支持，在政策、資金等方面持續(xù)發(fā)力，機(jī)器人相關(guān)的科技創(chuàng)新公司層出不窮。我國在機(jī)器人技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)推動(dòng)方面，取得了明顯進(jìn)步，呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢。

　　越來越多的國內(nèi)廠家在減速機(jī)、控制系統(tǒng)、伺服電機(jī)等關(guān)鍵部件上屢屢攻堅(jiān)克難，市場上國產(chǎn)核心組件應(yīng)用不斷擴(kuò)大，從設(shè)計(jì)到制造的自主能力都得到了提高?？梢灶A(yù)見，未來市場上一定會(huì)出現(xiàn)價(jià)格適宜、功能特性強(qiáng)，更貼近國內(nèi)需求的自主國產(chǎn)機(jī)器人。

　　目前，我國工業(yè)用機(jī)器人也在技術(shù)創(chuàng)新和需求增長的共同推動(dòng)下，迅速向智能制造領(lǐng)域拓展。

　　丁漢直言，機(jī)器人是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物，需要人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，還需要新材料、傳感、驅(qū)動(dòng)、芯片技術(shù)等眾多領(lǐng)域的創(chuàng)新突破，這個(gè)過程會(huì)比較漫長。

　　“未來，機(jī)器人將朝著共融機(jī)器人的方向發(fā)展?！倍h表示，機(jī)器人將變得更加柔性化、靈巧化、網(wǎng)絡(luò)化，為人機(jī)協(xié)作提供無限可能。

　　“聚焦細(xì)分市場，深度融合制造工藝，為行業(yè)提供定制化的機(jī)器人，才能實(shí)現(xiàn)‘換道超車’?！毙鞊羲f。

　　機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了芯片、傳感器等核心零部件企業(yè)，圖像、語音、語義、機(jī)器人操作系統(tǒng)等技術(shù)研發(fā)公司，既需要產(chǎn)品研發(fā)，也需要技術(shù)突破?！罢獱款^，促進(jìn)校企深度合作，有效整合產(chǎn)學(xué)研等各自優(yōu)勢，使創(chuàng)新要素有機(jī)融合，激發(fā)機(jī)器人技術(shù)研究的新思路，并促進(jìn)先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用落地?！倍h說。

　　機(jī)器人與自動(dòng)化：挑戰(zhàn)和機(jī)遇

　　在7月舉辦的2022京港青年科創(chuàng)論壇中，我們邀請(qǐng)到世界知名機(jī)器人領(lǐng)域?qū)＜摇?香港大學(xué)工業(yè)及制造系統(tǒng)系機(jī)器人與自動(dòng)化)席寧教授帶來《機(jī)器人與自動(dòng)化的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》主題演講，以下文稿根據(jù)席教授演講整理而成。

　　機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有60多年歷史，其發(fā)展動(dòng)力主要來自兩個(gè)方向：一是新技術(shù)的推動(dòng)，新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、新的傳感器技術(shù)、新的控制方法等，不斷推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展;二是新應(yīng)用的拉動(dòng)，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域從最初的制造業(yè)、特別是汽車制造業(yè)發(fā)展到如今的3C產(chǎn)業(yè)，不斷涌現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等新的應(yīng)用，從需求側(cè)拉動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。在這兩方面的作用下，工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人技術(shù)發(fā)展以及機(jī)器人的基礎(chǔ)研究都持續(xù)面臨新的挑戰(zhàn)和新的機(jī)會(huì)。

　　工業(yè)機(jī)器人，“卡脖子”技術(shù)的更迭

　　過去十年，中國工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用市場引領(lǐng)了世界工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。特別是疫情后很多行業(yè)增長減慢或增長消失的背景下，工業(yè)機(jī)器人需求逆勢增長，在這種特殊環(huán)境中，人們再一次認(rèn)識(shí)到了工業(yè)機(jī)器人的重要性。

　　在工業(yè)機(jī)器人發(fā)展過程中，中國曾面臨驅(qū)動(dòng)器、控制器、減速器三個(gè)卡脖子技術(shù)，通過多年的努力我們已經(jīng)迎頭趕上。但隨著新的應(yīng)用需求出現(xiàn)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域技術(shù)也提出了新的要求。

　　首先是“友好”(Friendly)，雖然現(xiàn)在有很多可以制造機(jī)械臂等非常優(yōu)秀產(chǎn)品的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)，但在應(yīng)用軟件包、編程方法等應(yīng)用層面仍面臨很多問題，機(jī)器人的編程使用困難依然是全球工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn);其次是“柔性”(Flexibility)，大部分企業(yè)在購買工業(yè)機(jī)器人之后沒有獨(dú)立完成校正、設(shè)置等復(fù)雜工作的能力，這給工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用推廣帶來困難，因此如何讓工業(yè)機(jī)器人更容易、更方便地集成到工廠現(xiàn)有的制造系統(tǒng)中并具備重組能力(reconfigurability)是工業(yè)機(jī)器人面臨的新挑戰(zhàn);再次是“精準(zhǔn)”(Fidelity)，從曾經(jīng)的汽車制造到現(xiàn)在的電子元器件制造，新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的精度提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

　　可以看到，工業(yè)機(jī)器人的“卡脖子”已經(jīng)從驅(qū)動(dòng)器、控制器、減速器三大傳統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展為三個(gè)新的關(guān)鍵技術(shù)：編程方法、校正方法和與新型傳感器的集成技術(shù)。作為工業(yè)機(jī)器人的后來者，中國既要迎頭趕上，也要瞄準(zhǔn)下一代新技術(shù)，因此這三方面非常重要，為工業(yè)機(jī)器人的下一步的發(fā)展提供了很多新的機(jī)會(huì)。

　　機(jī)器人技術(shù)，從簡單替代“人”到“超限機(jī)器人”

　　曾經(jīng)，我們通過機(jī)器人完成一些人們不愿意做的事情，比如常說的“3D工作”(Dirty，Dull，Dangerous)，而隨著信息技術(shù)、微納米技術(shù)和生命醫(yī)學(xué)技術(shù)等新興技術(shù)的出現(xiàn)和不斷推動(dòng)，機(jī)器人已經(jīng)從簡單的、代替人們做己所不欲之事，一步步擴(kuò)展到如今做人所不能之事，超越了人能力限制，也即“超限機(jī)器人”，超限機(jī)器人技術(shù)下一代的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在克服距離困難、克服尺度困難和克服環(huán)境困難三方面。

　　(1)克服距離困難

　　包括通信技術(shù)、5G等技術(shù)在內(nèi)的信息技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合，讓我們不僅可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，通過控制遠(yuǎn)端機(jī)器人也能夠傳輸動(dòng)作，讓網(wǎng)絡(luò)從信息高速公路(Information Super Highway)變?yōu)閯?dòng)作傳輸高速公路(Action Super Highway)，大大擴(kuò)展了人類的能力。以前由于距離限制看不見摸不著的地方，現(xiàn)在不僅能被“看到”，還可以進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)很多事情，克服了距離給人類帶來的困難。

　　(2)克服尺度困難

　　微納米技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了很多經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)遇，但由于尺度非常小，在制造和加工時(shí)面臨很多困難。通過機(jī)器人技術(shù)，我們可以把微納米尺度的環(huán)境變成人類能夠看到和摸到的，并且還可以進(jìn)行操作和加工，克服尺度給人類帶來的困難。

　　(3)克服環(huán)境困難

　　通過與生命醫(yī)學(xué)技術(shù)的結(jié)合，機(jī)器人可以克服一些特殊環(huán)境下人類面臨的困難，比如人無法直接進(jìn)入人體的生理環(huán)境，但借助機(jī)器人我們可以進(jìn)入到器官和細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行診斷和治療。

　　機(jī)器人幫助人類克服距離、尺度和環(huán)境給我們帶來的困難

　　下面我們通過幾個(gè)具體的應(yīng)用案例來解釋這三方面的發(fā)展：

　　以疾病診斷為例，通過機(jī)器人技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，我們可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)的遠(yuǎn)程傳輸，可以在人不能去醫(yī)院的情況下進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，疫情之下這項(xiàng)技術(shù)顯得尤為重要。

　　比如遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，受疫情的影響學(xué)校大多轉(zhuǎn)為線上授課，這使很多需要實(shí)驗(yàn)的學(xué)科教學(xué)受到很大影響，學(xué)生們失去了很多很重要?jiǎng)邮謱?shí)踐機(jī)會(huì)，我們的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室(Remote Lab)項(xiàng)目就是針對(duì)這一問題進(jìn)行的，讓學(xué)生不僅可以線上聽講，還可以線上做實(shí)驗(yàn)，大大擴(kuò)展了線上教育能力，也對(duì)將來對(duì)電化教育的發(fā)展，特別是對(duì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)生能夠提供更好的教育機(jī)會(huì)。

　　機(jī)器人技術(shù)在生產(chǎn)自動(dòng)化中創(chuàng)造了很多價(jià)值，在生物醫(yī)藥、尤其是新藥研發(fā)方面尤其未來可期。新藥研發(fā)的成本非常高，美國制藥工業(yè)每年新藥研發(fā)投入不斷增加，但是最終研發(fā)出來的新藥數(shù)量卻沒有顯著提升，這一難題被稱為制藥領(lǐng)域創(chuàng)新缺口(Pharma innovation gap)，亟需新技術(shù)、新途徑改變現(xiàn)狀，特別是這次疫情讓我們看到新藥研發(fā)時(shí)間和成本的重要性。

　　研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入與產(chǎn)出不成比例，出現(xiàn)制藥領(lǐng)域創(chuàng)新缺口

　　據(jù)估算，如果能夠在自動(dòng)化程度較低的新藥研發(fā)領(lǐng)域引入和較好應(yīng)用機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)6800億的新價(jià)值。我所在的港大新興技術(shù)研究所近期研發(fā)的用于新藥研發(fā)的自動(dòng)化系統(tǒng)引入微納米機(jī)器人，像流水線一樣把細(xì)胞傳送過來，用微納米機(jī)器人把藥放在細(xì)胞的特定位置上進(jìn)行高速篩選并觀測各項(xiàng)生物指標(biāo)來測試藥效，實(shí)現(xiàn)新藥高速篩選和開發(fā)，大幅降低成本、提高效率。

　　再比如芯片制造方面，目前芯片的特征尺寸從7納米到2納米不斷縮小，但硅膠材料終有盡頭，想要進(jìn)一步提高集成度勢必要尋找新的材料、新的方法來制造芯片，并需要新加工和制造方法，在極小尺度下進(jìn)行裝配、測量，這些都需要引入微納米機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)幫助我們克服尺度帶來的困難。

　　機(jī)器人基礎(chǔ)理論，從仿生到類生

　　機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展建立在基礎(chǔ)理論上，也即人類如何開發(fā)機(jī)器人。過去60年，人們開發(fā)機(jī)器人的靈感都來自和建立在仿生的基礎(chǔ)上，比如人有手臂，我們就做一個(gè)機(jī)械手臂?，F(xiàn)在我們需要新的啟發(fā)和思路來開發(fā)下一代機(jī)器人技術(shù)。在基礎(chǔ)研究方面，機(jī)器人面臨的新機(jī)遇和挑戰(zhàn)是類生命機(jī)器人(Bio-syncretic Robots)。

　　機(jī)器人與生物體具有各自的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)器人向生物體學(xué)習(xí)，生物體向機(jī)器融合，最終實(shí)現(xiàn)生命-機(jī)器深度融合，得到具有多重優(yōu)點(diǎn)的類生命機(jī)器人系統(tǒng)

　　仿生機(jī)器人有“形仿”，形狀一樣但工作原理不同，比如人的手臂和機(jī)械臂;還有“功仿”，功能一樣但形狀、機(jī)理不同，比如飛機(jī)與鳥。而作為機(jī)器人下一步的新發(fā)展動(dòng)力，類生學(xué)則是指機(jī)器人不僅要從生物系統(tǒng)學(xué)習(xí)，還要跟生物系統(tǒng)融合。這一點(diǎn)非常重要，無疑類生學(xué)會(huì)給機(jī)器人的發(fā)展帶來很多新的機(jī)遇和新的應(yīng)用。

　　以驅(qū)動(dòng)為例，現(xiàn)在的機(jī)器人用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能量轉(zhuǎn)化率小于30%，也就是說有70%以上的能量都被浪費(fèi)了，效率非常低，且負(fù)重比也很低。相比之下，人類和其他生物的肌肉能量轉(zhuǎn)換率在50%以上，遠(yuǎn)高于電機(jī)，同時(shí)負(fù)重比也很高——螞蟻可以舉起比它的身體重很多倍的東西，但現(xiàn)在的機(jī)器人做不到。

　　我們希望把肌肉的機(jī)理、結(jié)構(gòu)等生物系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)結(jié)合起來，形成一種新型的機(jī)電技術(shù)。

　　我們現(xiàn)在正在開發(fā)一款傳感式助老機(jī)器人，希望能幫助那些由于肌肉萎縮、各種關(guān)節(jié)的問題導(dǎo)致行走有困難的老年人順利行走，由于轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式、負(fù)重比和能量轉(zhuǎn)換等各方面因素，使用傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)，所以我們選擇引入人造肌肉形成機(jī)器人，從而使能量轉(zhuǎn)換效率、負(fù)重比等各方面性能都能夠大幅提高和改善，最終能夠造出一種幫助人類行走的可穿戴式的機(jī)器人。

　　通過以上三個(gè)方面：工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)更迭、機(jī)器人從代替人類工作到超越人類極限、從仿生機(jī)器人到類生機(jī)器人的發(fā)展，我們看到了機(jī)器人發(fā)展的前沿和帶來的機(jī)會(huì)。下一個(gè)十年是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期，我們要抓住機(jī)遇，推動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用。