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  • 是什么阻挡了中国对仿生机器人的热情

    行业资讯 | 时间: 2019-11-13 | AI报道 | 编译:阿芬|浏览量:157

      “科技的推动下,我们迎来了全新的仿生企业时代。而那些将人机能力完美结合的企业,不仅能够打造卓越的客户体验和关系,实现更高效的运营,还能显著提升创新速度。”这句话发表在近期波士顿咨询一篇题为《仿生时代已来临,企业准备好了吗?》的文章中。
     

     
      智能重塑商业已成共识,而将仿生学与机器人领域应用需求结合,是机器人发展的高级阶段和必然趋势,影响着人类未来的定位。既然仿生机器人那么重要,在我们看来,为什么仿生机器人的发展在中国仍是个遥远的存在?换句话说,为什么仿生机器人在中国没有获得足够的关注?为什么中国资本没有释放出和仿生机器人价值匹配的热情?
     
      或许,要解答这一问题,可以从国人对仿生机器人“美到惊艳,但没啥鸟用”的“刻板印象”讲起。
     
      在中国,人们谈到仿生机器人,普遍会评价道“美到惊艳”“技能强大”等等,但随后便是对仿生机器人应用价值的质疑。但仿生机器人真的是单纯的为仿生而仿生吗?答案必然是否定的!
     
      什么是仿生机器人?
     
      仿生机器人是仿生学与机器人领域应用需求结合的产物,根据仿生学原理,模仿生物的形态、结构、材料以及功能等性能优越的机电系统,它们往往是被用来专门针对特定任务而设计出来的。按照其工作环境可分为陆面仿生机器人、空中仿生机器人和水下仿生机器人三种,也有一些研究机构研究出水陆两栖、水空两栖、路空两栖等具有综合用途的仿生机器人。
     
      为什么机器人要仿生?
     
      从机器人的角度来看,仿生机器人是机器人发展的高级阶段,设计初衷在于能在各种复杂环境中代替甚至做到人类所不能。而为了实现这一功能,仿生机器人需要与那些优质的软材料、生物或人工复制的生物功能进行交互。
     
      有科学家推测,地球上曾经出现过的99%的物种已经灭绝。当今世界存活的千万种生物,则是经过亿万年的适应、进化、发展而来,这使得生物体的某些部位巧夺天工,生物特性趋于完美,具有最合理、最优化的结构特点、灵活的运动特性、以及良好的适应性和生存能力。而这些生物特性为机器人的设计提供了许多有益的参考。
     
      仿生机器人具有生物和机器人的特点,可以从生物体上学习如自适应性、鲁棒性、运动多样性和灵活性等一系列良好的性能,但同时又比动物好操控,可以精准完成人类给出的指令。这两种特性的结合,使得仿生机器人在反恐防爆、抢险救灾、水下作业、探索太空等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。
     
      例如,仿人机器人一定程度具有人的特征,具有移动、感知、操作、学习、联想记忆、情感交流等功能,可以适应人类的生活和工作环境;狗、壁虎、蜘蛛等仿生多足机器人具有良好的地形适应能力;仿蛇形机器人由于其细长的形体结构以及独特的运动方式,能够跨越窄沟和进入空洞,具有很强的环境适应性和地面运动稳定性,能够在人类难以到达的未知环境中工作,可以广泛应用到科学探险、生命探寻等领域;青蛙、袋鼠、跳蚤、蝗虫等仿生跳跃机器人具有高效的弹跳越障性,在星际探测、军事侦察及生命救援等领域具有广阔的应用前景和重要的战略意义。
     
      除了“机器代人”进行危险作业这一功能,在人口老龄化日益严重的当下,仿生机器人还多了一份民用价值。比如,日本为解决人口减少、超高龄化、“佛系”年轻人越来越多等社会问题,广泛将机器人应用在传统制造业,以及劳动力严重不足的护理、医疗、基础设施和灾难响应等领域,包括家庭服务。
     
      总的来说,仿生机器人并不是为仿生而仿生,和真实的生物相比,仿生机器人不仅具有生物的生理特质,还可以根据人类的设定,精准的去完成指定的任务。而在未来,仿生机器人不仅要适应现有的基本要求,还要适应未知的生存环境,越来越多地代替人类在人类无法工作的环境中工作。
     
      自然界一直是人类产生各种发明创造灵感不可替代、取之不竭的源泉。人类最早进行了陆面仿生机器人的探索,如中国三国时期的木牛流马以及国外的机械马引;其次,进行了空中仿生机器人探索,最早模仿鸟类的飞行进行扑翼飞行器设计;最后,是水下仿生机器人的探索。在这个探索过程中,仿生机器人从最原始的仿形,发展为不仅追求生物的形态、结构、材料,同时具备生物的自我感知、自我控制等性能特性,更接近生物原型。
     
      仿生机器人的早期研究主要以日美德等国的研究机构为主,背后多是出于国防、外空探索等目的。1960年9月,第一次世界仿生学大会在美国俄亥俄州的空军基地召开。此后几十年中,世界各国竞相展开仿生技术研究,新的仿生原理和仿生装备不断涌现。比如,早在20世纪60年代末日本早稻田大学首先展开了仿生机器人的研制方面的研究工作,其研制的WAP、WL以及WABOT系列机器人能实现基本行走功能;美籍华人郑元芳博士1986年研制出了美国第一台双足步行机器人SD-l以及其改进版SD-2;加拿大麦吉尔大学、密执安大学、加州大学伯克利分校、卡内梅隆大学等机构在美国国防高级研究计划局(DARPA)的资助下,研制“RHex”系列腿式机器人;19世纪80年代,美国航空航天局(NASA) 模仿青蛙的起跳方式,研制蛙形仿生跳跃机器人用于人空探索;2010年,德国宇航中心DLR研制具有21个自由度的手臂联合系统“Hasy”机械手臂,是第一个采用仿生学关节进行手指设计的多指灵巧手,手指关节的运动模仿人手进行面接触滑动而不是单纯的转动,使其运动特性与人类手指更加接近等等。
     
      有市场需求,就有资本的加入。谈及仿生机器人企业,绕不开的几家参与者是早期入局的日本本田、以及两家“网红”机器人工程技术开发公司美国波士顿动力和德国FESTO。
     
      日本本田:服务类仿生机器人
     
      仿人机器人“ASMIO”是本田技研工业的明星产品。2000年,本田第一次向世界展示了自己的仿人形机器人“ASMIO2000”,不仅具有人的外观,还可以事先预测下一个动作并提前改变重心,这一技术使其步行动作连续流畅,被视为第一个具有世界影响力的仿人形机器人。2011年发布的“ASIMO20ll”机器人,综合了视觉和触觉的物体识别技术,可进行细致作业,如拿起瓶子拧开瓶盖,将瓶中液体注入柔软纸杯等,还能依据人类的声音、手势等指令,来从事相应动作,此外,还具备基本的记忆与辨识能力。
     

     
    图丨新版ASIMO
     
      资料显示,最新版本的ASIMO机器人,可以完成很多类似人类活动的工作。其最大的亮点在于手部活动的突破,每只手都拥有13个自由运动轴,已经能够成为一个合格的手语表演者。同时,本田还对ASIMO的下肢进行了改进,使其拥有更好平衡性,能够更快、更平稳的攀爬楼梯。本田曾表示,其最终目标是让ASMIO进入民众家庭并承担诸如帮忙照顾婴儿、老人以及残疾病人这样日常工作,真正变成家里人的好帮手。
     
      美国波士顿动力:军用类仿生机器人
     
      波士顿动力是这几年频频登上热搜的一家“网红”机器人工程技术开发公司,成立27年,打造近10款机器人,包括用于军事的机器人。
     
      2005年,波士顿制作大狗机器人BigDog,负重40多公斤,能跨越障碍物,可以去到车辆到不了的复杂地形,能为士兵运送弹药、食物等补给。2008年,仿大狗研制的“Bigdog”机器人具有环境感知和良好的适应能力,平衡性良好,能更好的的为军方运输。
     
    图丨BigDog
     
      2012年,继Big Dog之后推出的一款新型四足机器人加强版大狗LS3(阿尔法狗)公开亮相。与 Big Dog相比,可负重181.4公斤,持续工作时间长达4小时,奔跑跳跃、跨越沟渠。
     
    图丨大狗LS3(阿尔法狗)
     
      2013年,推出的“猎豹”机器人能够冲刺(奔跑速度最高可达到46 km/h),急转弯,并能急刹停止,与生物原型运动较接近,被视为当时运动速度最快的仿生多足移动机器人。
     
      除了仿生多足机器人,还研制了多款仿人机器人,包括用于美军检验防护服性能的军用机器人“Petman”。Petman除了能完成坐、跪、蹲、起立各种较高灵活度的动作,还能调控自身的体温、湿度和排汗量来模拟人类生理学中的自我保护功能,一定程度上具有了人类的生理特性。
     
    图丨Petman
     
      波士顿动力最近一次引起机器人界的轰动是在2019年9月24日,波士顿动力公司在网上公布了双足机器人Atlas最新进展视频。Atlas是波士顿动力2013年研制的一款仿人机器人,具备人类简单的识别、判断及决策功能,被认为是当时一款具有较高智能化的类人机器人。经过几年的完善,目前重达330磅(约148.5公斤)的Atlas“运动能力”了得,不仅有跑酷、后空翻等绝技,还掌握了一项新技能:体操。
     
    图丨Atlas展示“体操”新技能
     
      同样是2019年9月24日,波士顿动力还宣布其四足机器人spot正式开售,这也意味着spot机器人成为波士顿动力首款商用机器人。spot系列机器人是波士顿动力公司的四足机器人,包括spot和spotmini机器人,它们可以去任何指定的地方,避让障碍物,在极端环境中保持平衡,运载14Kg的物品,也能在雨中、多尘和极端温度(-25°c—45°c)的环境中工作,包括恶劣的工业场景,比如监测建筑工地施工情况,以及对天气、石油、电力设施以及公共安全进行远程检查等。
     
      据了解,波士顿动力目前洽谈中的公司包括一些能源公司和太阳马戏团等,前者可能将 Spot 用于检查基础设施,而后者可能将其培养成演员。
     
      德国FESTO:研发大于推广
     
      FESTO是德国一家起点与机器人毫无干系,有着90多年历史的家族企业,是仿生机器人领域神奇的存在。在过去的十几年里,FESTO陆续推出海鸥、企鹅、蝴蝶、蚂蚁、水母、蜻蜓、袋鼠等多款仿生机器人,可以说是开了家机电界的“动物园”。
     
      2006年,Festo第一款仿生动物“Airacuda”仿生鱼诞生。
     
      2010年,FESTO研制仿鸟扑翼飞行机器人“Smartbird”,将空中仿生机器人的研究推向新的阶段。碳纤维材料以及柔性翅膀使其外表更像一个海鸥,质量仅为450g,多杆联动的精巧结构传动设计实现了类似海鸥飞行的翅膀折叠扑动运动,且能根据需要改变扑翼的角度,极大的提高飞行效率。这款机器人可以用于航拍、隐蔽侦查、影视道具、教育娱乐等多个领域。
     

     
    图丨飞行机器人Smartbird
     
      此外,FESTO研制了全球第一个能够模拟飞行状态的仿生蜻蜓机器人“BionicOpter”。
     
      2013年,FESTO研制成功仿生袋鼠跳跃机器人“BionicKangaroo”,具有高跳跃高度、距离以及起跳和落地的稳定性。模仿袋鼠的后腿设计弹跳结构,同时通过尾部摆动增强跳跃及落地过程的稳定性,能实现高效稳定的连续跳跃。
     

     
    图丨跳跃机器人“BionicKangaroo”
     
      2018年,FESTO发布仿海扁虫机器鱼“BionicFinWave”,以柔软的矽胶(Silicone)代替乌贼肉鳍,通过波浪状拍动推动身躯,并且能实现往上、下方游动的控制。而且由于材料柔软,使它能够在狭小的管道内也能畅游无阻。
     
    图丨仿海扁虫机器鱼BionicFinWave在模拟工作
     
      德国的仿生机器人一直走在前端,2019年进博会展览上的网红机器男孩“Roboy”也来自德国,它的骨骼、肌肉模拟人体用3D打印完成,具有一套发达的神经网络系统,能听、能看,会聊天,会害羞。
     
      中国:待垦荒
     
      中国近现代的仿生研究起步较晚,经历了跟踪国外研究、模仿国外成果到局部领域齐头并进三个阶段,并且仍处在以国家自然科学基金委员会(简称NSFC)资助推动为主的研究机构实验室测试阶段。
     
      以仿人机器人为例,2000年国防科学技术大学研制的“先行者”是我国第一台仿人型机器人,随后,北京理工大学研制“BHR”、哈尔滨工业大学“HIT”、清华大学“THBIP”等逐渐可以实现平地行走、上下台阶、点头等简单的动作。2011年,北京理工大学研制的“汇童5”具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能,突破了高速视觉的灵巧动作控制、全身协调自主反应等关键技术。浙江大学通过轨迹预判的方法提高了机器人对复杂情况的处理能力,实现了机器人对复杂情况的处理能力,实现了机器人打乒乓球的动作。此外,上海交通大学和哈尔滨工业大学在仿人手臂和灵巧手指方面取得了不错的进展。
     
    图丨“绝影”机器狗
     
    图丨“赤兔”机器人
     
      在其他仿生机器人研究方面,浙江大学的“绝影”机器狗和“赤兔”机器人、山东大学四足机器人、南京航空航天大学仿壁虎机器人、哈尔滨工程大学两栖仿生机器人、中国科学院沈阳自动化所仿蛇机器人、西北工业大学仿袋鼠弹跳机器人、北京航空航天大学仿昆虫和机械鱼等均在各自领域取得了不错进展。总的来看,仿生机器人在高校中的发展,“国防七子”仍是中流砥柱。
     
    图丨Vincross仿蜘蛛型智能机器人HEXA
     
    图丨钢铁侠科技双足大仿人机器人
     
      中国有企业入局仿生机器人研究及应用推广吗?有。中国兵器装备集团的“中国大狗”仿生四足机器人,中国航天科工三院35所的海底管道漏磁内检测器(蛇形机器人),宇树科技的莱卡狗,优必选的四足机器人,Vincross人工智能科技公司的HEXA(仿蜘蛛型智能机器人),柯马Rebel-S水平四轴多关节机器人,钢铁侠科技的双足大仿人机器人等。
     
      但这些在国内排在前列的企业,在放到国际仿生机器人的平台上较量时,无论从研究的深度还是规模,都还属于谨慎的尝试。
     
      正如前文所言,仿生机器人是机器人发展的高级阶段和必然趋势,而且已经不再是只停留在研究机构的实验室测试,也有大的企业在推动落地。那为什么中国市场没有释放出与仿生机器人价值匹配的热情?
     
      从技术的成熟度来看。学界认为,刚柔混合,结构、材料、驱动一体化,神经元精细控制,高效能量转换的类生命系统是仿生机器人发展的方向。在运动方面,生物刚柔并济的结构使其具有灵活性、高效性和轻量化等特点,增强了运动的性能和环境适应能力。而现在的研究还存在着生物运动机理研究不深,结构设计、材料应用、驱动及控制方式大多较为传统,能量利用率低等问题,这使得仿生机器人从宏观到微观与生物都存在较大差异,“形似而神不似”,远未达到实际应用程度。
     
      从落地的赛道来看。任何行业要得到长足发展,都离不开“以需求为导向”。研究机构认为,军用、工业、养老是仿生机器人的三大重要应用场景。但目前国内商业化企业对于仿生机器人的重要赛道仍没有明确的布局,反而更倾向于变现快的娱乐、教育类机器人的研发。播报天气、网购下单、陪聊、跳舞……目前市场上仿生机器人的智商也大多止步于此,无法提供具有创新意义的服务。像国内人形机器人的代表优必选,甚至关注提升机器人的舞蹈技能高于机器人的思考能力。当然,就目前来看,优必选也确实是为数不多的实现大规模商业变现的仿生机器人企业。但长远来看,“人形”机器人这股热潮总会凉下来,用户交够“智商税”后,最终还是会回归理性,去关注那些能够真正改变生活的行业应用。
     

     
    图丨优必选机器人
     
      从市场接受度和商业模式来看。目前仿生机器人应用性不强,价格不菲,这也导致低量的市场接受度,以及困难的商业变现探索,包括Asimo、NAO、Pepper、Atlas等。软银旗下开发和销售Pepper的软银机器人控股公司早在2017年3月负债已经超出资产314亿日元(约合18.8亿人民币);仿生“动物园”FESTO频出新发明,但却很少进行后续应用的推进,被网友戏称“美到惊艳,却并不知道有啥鸟用”;即便是不时就会爆红网络并且有军方支持的波士顿动力,也因为变现难,在2017年被谷歌母公司Alphabet出售给软银公司。最近两年,波士顿动力在变现方面做了很多努力,而spot机器人作为波士顿动力首款商用机器人,接下来的成败也将解答很多关于机器人未来的事情。
     
      资本在投入之前,会预判产出。大财团都没有玩好的“游戏”,围观者们便更不敢入局了。在技术没有成熟,商业化道路上的难题没有得到解决前,仿生机器人更多仍将停留在政府支持的实验室阶段。在资本眼里,目前还处在市场教育阶段的仿生机器人,作为“新鲜玩意”可以保持关注,但还不到出手的时候。因为这笔“智商税”,用户还没有准备好去缴。
     
      从小众走向大众,从概念走向应用,仿生机器人的发展还有很多未知,但长期的未来,机器人若想实现向更多场景的延伸并承担起更多元化的任务,仿生是绕不开的话题。尤其是在该行业出现“小米”一样的成本杀手入场后,仿生机器人自然会成为机器人发展到一定阶段的产物,成为改造人类生活和认知的工具。

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