2020年05月21日 | 真实世界的新型机器人，竟然比《西部世界》还科幻

3月中旬,热播美剧《西部世界》第三季如期放映,凭借规模宏大的精工制作与耳目一新的高科技成人乐园题材,获得了不俗的收视成绩与口碑,在豆瓣拥有9．2的评分。

《西部世界》把AI、AR/VR、大数据等新一代信息技术的应用,展现得淋漓尽致,甚至把无方向盘、无安全带、无油门踏板,完全自动驾驶的概念车也完美展现出来,极具酷炫。

剧中的主角之一“服务机器人”,虽是人类研发出的仿生机器人,但却与现实生活中的服务仿生机器人完全不同。

剧中的仿生机器人具有超高仿真外形、会流血受伤,疼痛大叫,而且还拥有自身情感,几乎与人类无差别。而现实生活中的服务机器人体积大、僵硬、反应迟钝。

《西部世界》中服务机器人“多洛莉丝”

国内外高校、极少数企业为了研发出科幻片中具有灵活、柔性、感知的仿生类——新型机器人,一直都在积极探索,企图研发出柔性化的仿生机器人。也有不少研究人员受狗、蛇、昆虫、猎鹰、壁虎、水母、鱼等动物的启发,设计出多种形态的新型机器人。

这些新型机器人,你听说过吗?

近期,华盛顿大学工程和应用科学学院Johannes James团队仿照昆虫,研发出一款名为“RoboFly”的微型机器人,体重只有74毫克,可以灵活飞行,也可以在水面上行走、水上漂移。

RoboFly可帮助使用用户检测气体泄漏,协助用户执行搜索和救援任务。除此,它也可以大量部署在水面上,寻找污染物或潜在危险泄漏流体上。

RoboFly微型机器人

另外,美国佛蒙特大学和塔夫茨大学研究团队利用青蛙的皮肤细胞和心脏细胞,创造性地研发出首个活体机器人“Xenobots”,也叫异种机器人,是一种活体可编程生物。

Xenobots可自行移动,在水中可连续运动数天甚至数周。并且被切割后伤口可自行愈合、重构,生命周期结束后可生物降解。Xenobots的研究人员称,这种机器人拥有传统机器人所无法比拟的独特优势和应用潜力,未来它们或可用于医药递送、勘探放射性污染源、收集海洋塑料微粒等。

不过,也有受到电影中机器人形象与一些植物、花瓣的影响,所研发出的软体类——新型机器人。软体型机器人是在传统机器人的基础上,进行的技术改造与躯体优化,使机器人能够既安全又拥有保持移动和改变自身形状的能力,能更好的与人进行协作。

“等周机器人”是斯坦福大学机械工程学Allison Okamura团队研发的软体类新型机器人,它是软机器人、桁架机器人和群体机器人三种类型机器人的结合体。该团队研究人员形容“等周机器人”是《超能陆战队》中的大白和变形金刚的混合体。

等周机器人

从形状上看,等周机器人类似于“点与线的三维连接体”,它的软体结构是采用充气式材料和截断式单个机器组成,可根据内部结构的单个操作性来控制整体机器人的形态。主要适用于应急救援。

根据植物的生长特性,麻省理工学院机械工程系Asada团队开发出一款叫“生长机器人”的新型机器人。Asada团队研究人员表示:“生长机器人的秘密绝技,就是可以像植物嫩芽向上生长一样进行自我扩展。”

生长机器人

生长机器人是由柔软的气球状材料所制成,这种材料可以像藤蔓一样生长,肢体能够深入狭窄空间,或在工厂、仓库等杂乱的地方进行工作。例如:在杂乱的架子后面拿起产品,或者绕过汽车的发动机零件拧开油盖,可有效解决机器人界的“最后一英尺”问题。

为了便于大家对新型机器人的进一步了解,亿欧梳理了15款新型机器人。这15款新型机器人是亿欧查询资料时,进行的随机抽取,上文介绍的4款新型机器人也包含在内。

从表格中15款新型机器人可以看出,用于医疗行业的新型机器人最多,有5款,占比约33%,排名第一;物流仓储、制造业、应急救援行业新型机器人均列第二位,各2款,分别占比约13%;道路建设、海洋工程、航天工业、可穿戴设备行业新型机器人各一款,分别占比6%。

在15款新型机器人中,医疗行业研发的新型机器人比较多,主要出于两个原因:

医疗涉及到人们的身体健康、生命安全,医疗领域所采用的机器人多为协助人类解决现有医学难题,其用途多具有专一性和特定性。

因此,机器人在医疗领域的应用看似平常但又极其特殊,这就对机器人的技术研发和生产制造有着极高要求,必须要保证机器人在日常工作中的稳定性;

另外随着人们生活节奏日益加快,很多人处于亚健康状态,得病的几率或患者基数不断增高,对于疾病治疗和康复的需求会日渐增大。新型医疗机器人方面,商业开发潜力与利用价值相对较高。

拿手术机器人来说,在1999年国外开始使用手术机器人,截至目前,在北欧国家超过一半以上的前列腺癌根治手术是由手术机器人完成。

在美国,这一比例更是高达90%。国内首次推进手术机器人产业化起始于2014年哈工大技术团队成立的苏州康多机器人,目前国内整个手术及机器人行业处于发展初期。

据Winter Green Research统计, 2014年全球手术机器人市场约为32亿美元,2018约为90亿美元,年复合增长率大概在30%左右,预计到2021年全球机器人市场将达到200亿美元左右。

而物流仓储、制造业、应急救援、道路建设等行业的新型机器人研发之所以相对较少,主要原因在于机器人的采购成本与维护成本高,加之一些用户对于机器人的认知度与接受程度低,造成市场规模需求尚未显现。

机器人新趋势

北京科技大学智能科学与技术系副院长贺威表示,至今机器人的定义仍然模糊。

但他看到“新型机器人随着科技的发展,整合了人工智能、机械电子、新型材料和仿生学等技术,是面向特定应用场景的智能机器产物。”

因时机器人CEO蔡颖鹏认为,新型机器人的关键在于“新型”,有三个特质:第一、新型机器人是采用了新技术、新材料或新设计方案后所产生;第二、新型机器人能够完成一些传统机器人做不到、不好做的事情;第三、新型机器人躯体更加灵活,体积小。这三个特质是新型机器人与传统机器人的区别所在。

对于新型机器人而言,驱动单元是制造它们的关键部件,它决定了机器人能否行动灵活、敏捷。

蔡颖鹏告诉亿欧,驱动单元在机器人研究领域是个热点,但在近10-20年的研究中变化不大,市场上的驱动单元已形成了比较标准化的一些驱动单元品类。

除驱动方式外,AI与传统机械传动也是研发新型机器人时不可或缺的技术。AI在软体新型机器人中,相当于机器人的大脑,起到“决策”的作用,可使机器人变得更智能、更聪明。

简单来说,研发机器人的驱动方式与技术,决定了机器人功能和性能发展的天花板。其中,技术层面决定了机器人能否到达天花板,或者距离天花板有多远。

蔡颖鹏介绍:新型机器人必须要做到一些传统机器人做不到或做不好的事情,如果它仅是用来展示或拥有简单的交互、跳舞等功能,就不存在太创新的内容。因为从功能上看,它没达到我们想要的效果。从长远来看,新型机器人可以很好的帮助人类从事搬运、接待、帮人服务的工作。

仿生、软体类新型机器人是目前机器人行业研究的热点,尤其是近两年,Nature和Science等顶级期刊上发表了多篇关于仿生机器人的文章。不仅在我国,世界上的主要国家也都在仿生、软体机器人这一领域进行重点研究。

“这是未来新型机器人发展的趋势”,贺威向亿欧表示。

尾声

新型机器人商业开发价值意义在哪?

新型机器人的诞生与技术在不断成熟。研发新型机器人的过程中所产生的新材料,也可广泛应用于医疗、护理、家庭服务、娱乐、教育等领域,这些都可以催生出巨大的潜在商业价值。

例如航空航天、农业等很多场景,传统机器人并没有打开市场,现有机器人的功能和性能达不到用户需求。一旦新型机器人结合市场需求,产品/技术成熟以后,可以很好的打开商业化空间。

不过,蔡颖鹏也说,“新型机器人的商业价值虽大,但变现时间会比较长”,因为产品/技术需要进行服务迭代,逐渐成熟后才能在市场上推广应用,变现需要一定的周期。

以液态金属为例:液态金属本质上研制的是一种材料技术,这种材料技术可以应用在很多场景,就如同3D打印技术一样。

新型机器人的商业落地不像自动驾驶机器人,自动驾驶机器人从研发到落地,最短也需要5年时间,比如新石器机器人,从开始研究自动驾驶机器人到实现商业化花费了5年时间,是全球率先完成L4级自动驾驶机器人产品商业化落地的企业。

技术从实验室研发、到商业化落地需要时间。新型机器人,可以被理解为机器人的最终展示形态,但在这背后,注定要经历一个漫长的演变过程。

特别感谢:

多位资深业内人士在本文写作过程中鼎力支持,为亿欧提供了详实的资料支撑,特别致谢(排名不分先后):

北京科技大学智能科学与技术系副院长贺威、因时机器人CEO蔡颖鹏

部分参考资料:

1、《微型机器人RoboFly,仅有74毫克重,能像昆虫一样飞行》呱呱说科技

2、《Living robots built using frog cells》美国国家科学院院刊、《活体机器人"xenobots"横空出世》中国科学报社/科学网、《新型活体机器人应用潜力大》环球网

3、《Stanford engineers create shape-changing, free-roaming soft robot》斯坦福大学/Tech  X plore

4、《MIT新型刚性机器人像植物自行“生长”,解决“最后一英尺”问题》机器人大讲堂