搶占新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革新賽道 不“閉門造車” 特種機(jī)器人從論文里“走”出來

在一個(gè)礦井巷道中飛滾而來的不是巨石和“滾地雷”，而是球形機(jī)器人；用手輕輕一拋就起飛的不是紙飛機(jī)，而是機(jī)器人；甚至連兒童動(dòng)畫片中會(huì)飛的“狗狗”，爬水管、電線的“蜘蛛俠”，都變成了生產(chǎn)一線的機(jī)器人。

前不久，中青報(bào)·中青網(wǎng)記者在采訪浙江省的一些科研院所和企業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，不少特種機(jī)器人從科研論文里“走”了出來，走向了市場貨柜，上天入地下海，“大顯神通”。而在這背后，是產(chǎn)學(xué)研開展全面合作，不走“閉門造車”老路子。

特種機(jī)器人快速崛起

在浙江省衢州市110千伏天寧變電站，有一個(gè)身高約2米的智能機(jī)器人。

在這款機(jī)器人應(yīng)用之初，運(yùn)行值班員們心存疑慮：“機(jī)器人能真正派上用場？”

如今，國網(wǎng)衢州供電公司運(yùn)行值班員俞夢(mèng)賢對(duì)這位“智能員工”的評(píng)價(jià)是：集成了先進(jìn)的智能感知、圖像識(shí)別和高精度機(jī)械臂技術(shù)，具備自主導(dǎo)航、紅外測(cè)溫和開關(guān)柜局部放電檢測(cè)、倒閘操作、自主緊急分閘等功能，可代替運(yùn)維人員的工作。

研發(fā)這款智能機(jī)器人的科研人員介紹，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展至今60多年，目前國內(nèi)整個(gè)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是，核心技術(shù)和自主研發(fā)能力不足，產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未成熟，市場需求與供給不匹配，以及技術(shù)創(chuàng)新和專利布局不足，都制約了我國智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2021年年底，工業(yè)和信息化部等十五部門印發(fā)的《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）強(qiáng)調(diào)，要面向特殊環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域需求，重點(diǎn)推進(jìn)特種機(jī)器人產(chǎn)品的研制及應(yīng)用，拓展機(jī)器人產(chǎn)品系列，提升性能、質(zhì)量和安全性，推動(dòng)產(chǎn)品高端化、智能化發(fā)展。

從最初的簡單自動(dòng)化機(jī)器，到如今的復(fù)雜人工智能系統(tǒng)，特種機(jī)器人可以具備比傳統(tǒng)機(jī)器人更高的靈活性、自主性和智能性，適應(yīng)更多樣化的應(yīng)用場景。

以帶電安裝接地掛環(huán)工程為例，傳統(tǒng)的作業(yè)方式是施工人員在高空中穿戴著厚重的絕緣服和手套，手持絕緣工具進(jìn)行帶電作業(yè)。現(xiàn)在引入配網(wǎng)接地環(huán)自動(dòng)安裝機(jī)器人，工作人員只需用無人機(jī)將機(jī)器人母平臺(tái)掛接到導(dǎo)線上，待子平臺(tái)攜帶接地環(huán)線夾上升到指定位置后，進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。整個(gè)流程有效避免高電壓的傷害，大幅度提高作業(yè)人員的安全。

在電站巡檢中，特種機(jī)器人還可以搭載高清攝像頭、紅外熱像儀等多種傳感器，對(duì)電站設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)和診斷。它們能夠輕松穿越狹窄的通道，攀爬高大的設(shè)備，甚至在復(fù)雜的電纜橋架上行動(dòng)自如，實(shí)現(xiàn)全覆蓋的巡檢。

中青報(bào)·中青網(wǎng)記者在采訪中發(fā)現(xiàn)，還有三角形、輪形、球形等各種各樣的特種機(jī)器人，逐漸應(yīng)用在浙江省的生產(chǎn)一線。為什么特種機(jī)器人會(huì)在新的賽道快速崛起？

浙江大學(xué)湖州研究院重載AGV、無人化叉車項(xiàng)目科研骨干劉維維分析，首先，特種機(jī)器人能夠根據(jù)特定應(yīng)用場景進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)機(jī)器人無法勝任的問題。例如，蛇形機(jī)器人可以進(jìn)入狹窄的空間進(jìn)行檢查和維修工作。其次，這類機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。一些“變型”機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜和多變的環(huán)境，比如，水下機(jī)器人可以在海洋中執(zhí)行任務(wù)，飛行機(jī)器人可以在空中進(jìn)行監(jiān)測(cè)和運(yùn)輸。

第三是提升效率與效果。通過針對(duì)特定任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，特種機(jī)器人可以大幅提升執(zhí)行效率和效果。例如，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)農(nóng)田需求設(shè)計(jì)成特定形狀和功能，提高農(nóng)作物種植和收獲的效率。還有一些特種機(jī)器人能夠集成多種功能，完成不同任務(wù)。在地面和空中自由切換模式的機(jī)器人，就可以同時(shí)進(jìn)行地面巡檢和空中監(jiān)視。

此外，特種機(jī)器人通過差異化競爭，在一些新興市場拓展巨大的應(yīng)用潛力，例如災(zāi)害救援、醫(yī)療康復(fù)、教育娛樂等，滿足了特定領(lǐng)域的市場需求，實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值。

特種機(jī)器人推動(dòng)前沿技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

浙江大學(xué)王酉教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)球形機(jī)器人的最初靈感，來源于瑞典烏普薩拉大學(xué)的水星探測(cè)器課題。

球形機(jī)器人屬于機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)新的分支，可借鑒前人的東西并不多。王酉團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過程中遇到不少困難。比如，球形機(jī)器人在復(fù)雜地形下穿越障礙的能力強(qiáng)過其他機(jī)器人?？捎娑鴣淼碾y題是，如何讓球形結(jié)構(gòu)在穿越復(fù)雜地形時(shí)保持相對(duì)的平衡。

該團(tuán)隊(duì)成員在頭腦“風(fēng)暴”中，利用“球形結(jié)構(gòu)+擺錘驅(qū)動(dòng)+高速滾動(dòng)”的運(yùn)動(dòng)原理，克服現(xiàn)有輪式和腿足式機(jī)器人的原生缺陷。

對(duì)于無人機(jī)，續(xù)航時(shí)間和作業(yè)范圍是最大的挑戰(zhàn)；對(duì)地面機(jī)器人來說，具備強(qiáng)大的地面平臺(tái)越障能力，尺寸就變大，并且更笨重。要變小具備地面平臺(tái)靈活性，越障能力就變?nèi)?。浙江大學(xué)湖州研究院科研團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，創(chuàng)新研發(fā)出一款機(jī)器人。

由于在地面上滾動(dòng)所消耗的能量，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空中飛行，該團(tuán)隊(duì)一款特種機(jī)器人的應(yīng)用場景是進(jìn)行地面行駛，需要越障才能進(jìn)行飛行。另一款履帶機(jī)器人，通過三角形履帶擺臂的獨(dú)特設(shè)計(jì)，讓更小的平臺(tái)擁有更大的地面適應(yīng)能力和越障能力。

浙江大學(xué)湖州研究院工程師王超說，他們正在測(cè)試一款會(huì)飛的“機(jī)器狗”，分別在其胸腔內(nèi)嵌二涵道，或在四條腿上內(nèi)嵌四涵道，除具備快速行走、空翻、跳躍、攻擊能力外，還能離地飛行3分鐘，跨越河流與各種障礙。為增加電子狗飛行的續(xù)航能力，他們還設(shè)計(jì)、測(cè)試小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)版的會(huì)飛“機(jī)器狗”。

“許多特種機(jī)器人的研發(fā)設(shè)計(jì)，是從自然界中獲得靈感，采用仿生學(xué)設(shè)計(jì)，使其在某些環(huán)境和任務(wù)中表現(xiàn)出色，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)器人在靈活性、適應(yīng)性和執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的局限性?！眲⒕S維說。

更為重要的是，劉維維認(rèn)為，特種機(jī)器人研發(fā)，引入和應(yīng)用了大量新材料和制造技術(shù)，往往需要生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉合作，促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代，推動(dòng)機(jī)器人學(xué)、人工智能、仿生學(xué)等科技前沿的學(xué)術(shù)研究。

尤其是現(xiàn)在，科研人員還要持續(xù)跟蹤和引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，提升“變型”機(jī)器人的智能化和互聯(lián)化水平。

以問題為導(dǎo)向避免“無效科研”

受掃地機(jī)器人啟發(fā)，國網(wǎng)杭州市蕭山區(qū)供電公司研發(fā)人員練德強(qiáng)所在的團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了固定式、手持式、旋轉(zhuǎn)式不同版本的光伏發(fā)電清掃機(jī)器人，最高清掃效率可達(dá)300平方米/小時(shí)。

在研發(fā)過程中，他們就像運(yùn)動(dòng)員一樣，隨時(shí)感知“賽道”上的變化，時(shí)刻緊跟市場脈搏；不搞“單打獨(dú)斗”，全面進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，共同研發(fā)新技術(shù)、新材料，確保產(chǎn)品、技術(shù)始終處于行業(yè)前沿。

“特種機(jī)器人的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，要引領(lǐng)市場發(fā)展方向，避免走‘閉門造車’的老路子，關(guān)鍵在于建立一個(gè)開放、協(xié)作、市場導(dǎo)向的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)?！本毜聫?qiáng)說。

清華大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林大學(xué)還與該公司建立緊密的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，研發(fā)越來越多的特種機(jī)器人在高壓輸電線路、地下管廊和變電站等保電關(guān)鍵崗位投入工作。

這也是浙江大學(xué)博士生向澳一直在思考的問題：研究院或大學(xué)科研人員需要與行業(yè)內(nèi)一線工作人員進(jìn)行深度交流，一方面把當(dāng)前行業(yè)的難點(diǎn)、痛點(diǎn)傳遞給科研人員，以問題為導(dǎo)向進(jìn)行科研，避免“無用科研”；另一方面也為最新科研成果在實(shí)際生產(chǎn)中尋找應(yīng)用方向，用創(chuàng)新引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

浙江大學(xué)湖州研究院空天機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款空間站艙內(nèi)全人形機(jī)器人，名叫Taikobot，取自于中國航天員英文Taikonaut和機(jī)器人英文Robot的結(jié)合。

而設(shè)計(jì)這款機(jī)器人的初衷，就是源于解決實(shí)際問題的需要：當(dāng)前空間站主要以有人照料模式運(yùn)行，依賴航天員完成在軌試驗(yàn)及空間站的日常維護(hù)。傳統(tǒng)的空間機(jī)器人，主要以空間機(jī)械臂為代表，其成本高昂，發(fā)射難度大，難以覆蓋不斷增長的在軌服務(wù)市場，急需研制低成本、分布式、智能化的小型在軌服務(wù)機(jī)器人。

劉維維也持這樣的觀點(diǎn)。在他看來，各種各樣機(jī)器人的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，要跨學(xué)科合作與資源整合，加強(qiáng)與高校、科研機(jī)構(gòu)的合作，借助其在基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用研究；與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)合作，建立開放的實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新中心，吸引外部研發(fā)團(tuán)隊(duì)和創(chuàng)新者參與，共享資源和技術(shù)，形成協(xié)同創(chuàng)新效應(yīng)，探索多樣化的商業(yè)模式，如機(jī)器人即服務(wù)（RaaS）、租賃模式、按使用量收費(fèi)等，降低用戶的初始投入成本，提升市場接受度；打造機(jī)器人應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，與軟件開發(fā)者、硬件制造商和服務(wù)提供商合作，提供一體化解決方案，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。

“在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，人工智能、人形機(jī)器人等領(lǐng)域新賽道不斷涌現(xiàn)，各國都在進(jìn)行前瞻性謀劃和布局?！比涨?，工業(yè)和信息化部黨組書記、部長金壯龍?jiān)趪鴦?wù)院新聞辦舉行的發(fā)布會(huì)上介紹：“人工智能為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展注入了新動(dòng)能，正在深刻改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式。我們要抓住科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的有利時(shí)機(jī)，鼓勵(lì)和支持企業(yè)率先布局、持續(xù)投入，構(gòu)筑未來發(fā)展的新優(yōu)勢(shì)，做好科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合這篇大文章?！?

(編輯:月兒)