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

　　馬斯克曾直言，機器人比汽車更有價值。有價值必然有市場。當前，小米、百度、華為、特斯拉、福特、豐田等國內外眾多科技巨頭和車企都在競相推出自己的機器人。

　　擁抱機器人時代，人類步伐不僅要快，更要穩(wěn)。

　　機器人或是未來最好的交互工具

　　馬斯克對于“擎天柱”的“官宣”讓消費者和業(yè)界都十分期待。

　　“其實不用大驚小怪，機器人早已在很多地方影響著我們的生活?！焙惫I(yè)大學計算機學院副教授張子蓬說，隨著服務機器人的全面發(fā)展，日常生活中與機器人相遇的機會越來越多，如酒店自動送餐小車、無人駕駛機動車、炒菜機器人等。

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

　　今年4月，馬斯克透露，“擎天柱”機器人預計售價2.5萬美元。據(jù)介紹，“擎天柱”機器人身高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，行動速度最高可達9.33公里每小時。

　　特斯拉宣稱，該機器人身體表面由特殊輕質材料制成，“比人的皮膚還光滑”。其行動主要依靠脖子、胳膊、手、腿、軀干中搭載的40個機電傳動器，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)四足機器人Max，采用原創(chuàng)的腿輪一體的本體設計，實現(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、運動控制等方面實現(xiàn)了技術創(chuàng)新。

　　“各大科技巨頭瞄準機器人產(chǎn)業(yè)進行布局，是一種戰(zhàn)略驅動?！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“抵達客戶的最后一百米”做好，是其需要不斷去追逐的目標。

　　從臺式電腦、筆記本到手機，顯示屏越來越小，交互的便捷性卻越來越強。張子蓬表示，從全面性來講，未來，各種形態(tài)的機器人無疑是最好的交互工具。機器人適用于網(wǎng)絡服務的線下延伸應用，且需求數(shù)量巨大，科技巨頭們如此追逐也就在情理之中了。

　　生產(chǎn)和生活方面的人類好幫手

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

　　張子蓬介紹，工業(yè)機器人發(fā)展60余年，尤其是在生產(chǎn)端，“黑燈工廠”(可關閉作業(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)地的機器人，日常生活中難以遇到，但卻是國家制造業(yè)硬實力的體現(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年的時間去琢磨手感。

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

　　張子蓬說，和工業(yè)機器人不同的是，服務機器人面對的是人或多種應用場景。

　　湖北是小龍蝦生產(chǎn)、消費大省，吃蝦令人開懷，剝蝦卻令人厭煩。簡單重復的剝蝦動作，可否讓機器人來完成?張子蓬曾參與研發(fā)全球首臺智能剝蝦機器人，其控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡神經(jīng)算法，可像人類大腦一樣，在讀取、運算后發(fā)出指令，控制機器人的“雙手”，實現(xiàn)動態(tài)抓取和智能剝蝦。

　　此外，機器人外觀在擬人化方面，也越來越逼真。張子蓬認為，機器人擬人化，是為取悅于人，方便在個人或公眾服務層面應用推廣。

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

　　我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢強勁

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

　　機器人送餐、機器人檢查、機器人搬運……如今，機器人已成為人們習以為常的“智能幫手”。

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

　　越來越多的國內廠家在減速機、控制系統(tǒng)、伺服電機等關鍵部件上屢屢攻堅克難，市場上國產(chǎn)核心組件應用不斷擴大，從設計到制造的自主能力都得到了提高。可以預見，未來市場上一定會出現(xiàn)價格適宜、功能特性強，更貼近國內需求的自主國產(chǎn)機器人。

　　目前，我國工業(yè)用機器人也在技術創(chuàng)新和需求增長的共同推動下，迅速向智能制造領域拓展。

　　丁漢直言，機器人是多學科交叉融合的產(chǎn)物，需要人工智能等技術的進步，還需要新材料、傳感、驅動、芯片技術等眾多領域的創(chuàng)新突破，這個過程會比較漫長。

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

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

　　機器人產(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、機器人操作系統(tǒng)等技術研發(fā)公司，既需要產(chǎn)品研發(fā)，也需要技術突破?！罢獱款^，促進校企深度合作，有效整合產(chǎn)學研等各自優(yōu)勢，使創(chuàng)新要素有機融合，激發(fā)機器人技術研究的新思路，并促進先進機器人技術應用落地?！倍h說。

　　機器人與自動化：挑戰(zhàn)和機遇

　　在7月舉辦的2022京港青年科創(chuàng)論壇中，我們邀請到世界知名機器人領域專家、(香港大學工業(yè)及制造系統(tǒng)系機器人與自動化)席寧教授帶來《機器人與自動化的機遇和挑戰(zhàn)》主題演講，以下文稿根據(jù)席教授演講整理而成。

　　機器人技術的發(fā)展已經(jīng)有60多年歷史，其發(fā)展動力主要來自兩個方向：一是新技術的推動，新的計算機技術、新的傳感器技術、新的控制方法等，不斷推動機器人技術的發(fā)展;二是新應用的拉動，機器人的應用領域從最初的制造業(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)服務機器人、醫(yī)療機器人等新的應用，從需求側拉動機器人技術的發(fā)展。在這兩方面的作用下，工業(yè)機器人、機器人技術發(fā)展以及機器人的基礎研究都持續(xù)面臨新的挑戰(zhàn)和新的機會。

　　工業(yè)機器人，“卡脖子”技術的更迭

　　過去十年，中國工業(yè)機器人的應用市場引領了世界工業(yè)機器人的發(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)機器人需求逆勢增長，在這種特殊環(huán)境中，人們再一次認識到了工業(yè)機器人的重要性。

　　在工業(yè)機器人發(fā)展過程中，中國曾面臨驅動器、控制器、減速器三個卡脖子技術，通過多年的努力我們已經(jīng)迎頭趕上。但隨著新的應用需求出現(xiàn)，對工業(yè)機器人領域技術也提出了新的要求。

　　首先是“友好”(Friendly)，雖然現(xiàn)在有很多可以制造機械臂等非常優(yōu)秀產(chǎn)品的工業(yè)機器人企業(yè)，但在應用軟件包、編程方法等應用層面仍面臨很多問題，機器人的編程使用困難依然是全球工業(yè)機器人領域的一大挑戰(zhàn);其次是“柔性”(Flexibility)，大部分企業(yè)在購買工業(yè)機器人之后沒有獨立完成校正、設置等復雜工作的能力，這給工業(yè)機器人的應用推廣帶來困難，因此如何讓工業(yè)機器人更容易、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)機器人面臨的新挑戰(zhàn);再次是“精準”(Fidelity)，從曾經(jīng)的汽車制造到現(xiàn)在的電子元器件制造，新應用的不斷出現(xiàn)對機器人的精度提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

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

　　機器人技術，從簡單替代“人”到“超限機器人”

　　曾經(jīng)，我們通過機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、微納米技術和生命醫(yī)學技術等新興技術的出現(xiàn)和不斷推動，機器人已經(jīng)從簡單的、代替人們做己所不欲之事，一步步擴展到如今做人所不能之事，超越了人能力限制，也即“超限機器人”，超限機器人技術下一代的發(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、5G等技術在內的信息技術與機器人技術的結合，讓我們不僅可以通過網(wǎng)絡傳輸信息，通過控制遠端機器人也能夠傳輸動作，讓網(wǎng)絡從信息高速公路(Information Super Highway)變?yōu)閯幼鱾鬏敻咚俟?Action Super Highway)，大大擴展了人類的能力。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”，還可以進行操作實現(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

　　微納米技術的發(fā)展創(chuàng)造了很多經(jīng)濟發(fā)展的機遇，但由于尺度非常小，在制造和加工時面臨很多困難。通過機器人技術，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)學技術的結合，機器人可以克服一些特殊環(huán)境下人類面臨的困難，比如人無法直接進入人體的生理環(huán)境，但借助機器人我們可以進入到器官和細胞內進行診斷和治療。

　　機器人幫助人類克服距離、尺度和環(huán)境給我們帶來的困難

　　下面我們通過幾個具體的應用案例來解釋這三方面的發(fā)展：

　　以疾病診斷為例，通過機器人技術與網(wǎng)絡技術的結合，我們可以實現(xiàn)醫(yī)療服務的遠程傳輸，可以在人不能去醫(yī)院的情況下進行遠程診斷，疫情之下這項技術顯得尤為重要。

　　比如遠程實驗，受疫情的影響學校大多轉為線上授課，這使很多需要實驗的學科教學受到很大影響，學生們失去了很多很重要動手實踐機會，我們的遠程實驗室(Remote Lab)項目就是針對這一問題進行的，讓學生不僅可以線上聽講，還可以線上做實驗，大大擴展了線上教育能力，也對將來對電化教育的發(fā)展，特別是對不發(fā)達地區(qū)的學生能夠提供更好的教育機會。

　　機器人技術在生產(chǎn)自動化中創(chuàng)造了很多價值，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域創(chuàng)新缺口(Pharma innovation gap)，亟需新技術、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)時間和成本的重要性。

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

　　據(jù)估算，如果能夠在自動化程度較低的新藥研發(fā)領域引入和較好應用機器人自動化技術，能夠實現(xiàn)6800億的新價值。我所在的港大新興技術研究所近期研發(fā)的用于新藥研發(fā)的自動化系統(tǒng)引入微納米機器人，像流水線一樣把細胞傳送過來，用微納米機器人把藥放在細胞的特定位置上進行高速篩選并觀測各項生物指標來測試藥效，實現(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，在極小尺度下進行裝配、測量，這些都需要引入微納米機器人和自動化技術幫助我們克服尺度帶來的困難。

　　機器人基礎理論，從仿生到類生

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

　　機器人與生物體具有各自的優(yōu)點，機器人向生物體學習，生物體向機器融合，最終實現(xiàn)生命-機器深度融合，得到具有多重優(yōu)點的類生命機器人系統(tǒng)

　　仿生機器人有“形仿”，形狀一樣但工作原理不同，比如人的手臂和機械臂;還有“功仿”，功能一樣但形狀、機理不同，比如飛機與鳥。而作為機器人下一步的新發(fā)展動力，類生學則是指機器人不僅要從生物系統(tǒng)學習，還要跟生物系統(tǒng)融合。這一點非常重要，無疑類生學會給機器人的發(fā)展帶來很多新的機遇和新的應用。

　　以驅動為例，現(xiàn)在的機器人用電機驅動，能量轉化率小于30%，也就是說有70%以上的能量都被浪費了，效率非常低，且負重比也很低。相比之下，人類和其他生物的肌肉能量轉換率在50%以上，遠高于電機，同時負重比也很高——螞蟻可以舉起比它的身體重很多倍的東西，但現(xiàn)在的機器人做不到。

　　我們希望把肌肉的機理、結構等生物系統(tǒng)和機電系統(tǒng)結合起來，形成一種新型的機電技術。

　　我們現(xiàn)在正在開發(fā)一款傳感式助老機器人，希望能幫助那些由于肌肉萎縮、各種關節(jié)的問題導致行走有困難的老年人順利行走，由于轉動驅動方式、負重比和能量轉換等各方面因素，使用傳統(tǒng)的機電系統(tǒng)很難實現(xiàn)，所以我們選擇引入人造肌肉形成機器人，從而使能量轉換效率、負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器人。

　　通過以上三個方面：工業(yè)機器人關鍵技術更迭、機器人從代替人類工作到超越人類極限、從仿生機器人到類生機器人的發(fā)展，我們看到了機器人發(fā)展的前沿和帶來的機會。下一個十年是機器人技術發(fā)展的黃金時期，我們要抓住機遇，推動機器人的發(fā)展和應用。