工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备被工业界广泛使用。在发达国家,工业机器人自动化生产线成套设备已经成为自动化装备的主流,汽车行业、电子电器行业、工程机械行业等已经大量使用工业机器人自动生产线,以保证产品质量,提高生产效率,同时也避免了大量的工伤事故。因而诞生了一批在世界范围内具有影响力的、著名的工业机器人公司,比如瑞士的ABB robotics,日本的FANUC、Yaskawa,德国的KUKA Roboter,美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics等。
国际机器人联合会发布的数据显示,2021年全球工业机器人销量创新高,达到48.68万台,比前一年增长27%,如图1-22所示。数据显示,全球机器人行业正在蓬勃发展。
欧洲一些主要的发达国家对服务机器人的研究可以追溯到20世纪70年代,如德国的独臂家政服务机器人,它以体型大小适中、动作灵活、智能化程度高且具有一定的学习能力等而成为家庭生活的好助手。法国成功地将Nao机器人系列中一款名为Zora的拟人化机器人在养老院投入使用,小巧灵活的Zora机器人可以很好地服务老年人,这是法国第一次将服务机器人正式投入实际生活中,实现了零的突破,给老年人甚至整个社会带来了福音。鉴于服务机器人所能应用的领域越来越广,且功能越来越强大,欧洲很多发达国家也越加重视发展服务机器人产业。
图1-22 2017—2021年全球工业机器人销量统计情况
服务机器人中不得不提iRobot扫地机器人和达芬奇手术机器人。iRobot扫地机器人是由美国麻省理工学院教授罗德尼·布鲁克斯、科林·安格尔和海伦·格雷纳创立的iRobot公司生产,为全球知名MIT计算器科学与人工智能实验室技术转移及投资成立的机器人产品与技术专业研发公司。依托iRobot强大的技术优势和科研背景,iRobot扫地机器人从2002年至今二十多年来,产品性能和效果被全球消费者认可。经过了多次升级换代,无论从外观、性能、清洁效果iRobot机器人都有了全方位的提升。iRobot扫地机器人如图1-23所示。
达芬奇手术机器人是一种主从式控制的腔镜微创手术机器人,专为外科医生执行腹腔镜、胸腔镜等微创手术而设计,产品名称为内窥镜手术控制系统。第四代达芬奇手术机器人由外科医生控制台、床旁机械臂系统及成像系统3部分组成,广泛应用在泌尿、胃肠、肝、胆、胰、胸外、妇科等手术中。可以为医生提供清晰放大的3D视野,解决了直接操作时人的手部颤动问题,最大程度地避免手术中损伤及并发症的发生,有助于提高手术质量和保障患者安全。达芬奇手术机器人如图1-24所示。
图1-23 iRobot扫地机器人
我国机器人产业虽然起步较晚,但近年来正在飞速发展。我国已成为支撑世界机器人产业发展的中坚力量,总体规模快速增长,约占全世界40%的市场份额。
从工业机器人的市场格局来看,我国工业机器人市场仍被外资品牌占据主要市场份额。根据MIR的数据显示,2021年,我国工业机器人市场中,发那科、ABB、安川、库卡的市场占比分别为13.0%、12.3%、8.8%、7.4%。此外,爱普生、雅马哈、川崎、那智不二越、三菱等日系品牌位居前列。国内知名厂商起到带头作用,国内机器人厂商出货量排名中,市占率最高的是埃斯顿,汇川技术和新时达的产品排名也相对靠前,如图1-25所示。
图1-24 达芬奇手术机器人
图1-25 2021年中国工业机器人市场份额
从服务机器人的市场格局来看,随着智能化趋势越发明显,服务机器人适应性逐步扩展、产品类型愈加丰富、自主性不断提升,由早期的扫地机器人、送餐机器人等成熟产品,逐渐向情感机器人、教育机器人、医疗机器人、引导机器人等方向延伸;尤其是近年来,无人化需求激发众多新兴应用市场,如无人配送、清洁消毒、引导导购等,并在家用服务、公共服务、医疗服务等细分领域诞生了不少服务机器人独角兽企业。
在清洁领域,科沃斯公司、石头科技公司是国内扫地机器人两个知名企业,2021年两者的扫地机器人销量分别达到317万台、238万台,线上渠道销售量合计占比超过50%,其中科沃斯公司在线下渠道的销售量占到了总量的80%。
扫拖机器人主要由字节跳动、红杉、高瓴等加持的云鲸智能生产,高仙机器人研发的清洁机器人则主要覆盖商超、写字楼、酒店、医院、园区、市政道路等应用场所,覆盖30个国家地区的1000多家客户,在国内商用清洁领域占有率超80%。
配送领域则有达闼科技、擎朗智能、云迹科技、优地科技、普渡科技等公司,餐饮场所、酒店等是最为常见的应用场所。其中达闼科技专注于云端机器人研发,已是全球最大的云端智能机器人运营商;擎朗智能的配送机器人足迹遍布全国500多个城市,并先后进入美国、德国、加拿大、韩国等多个海外市场,产品累计出货量已超2万台。
在医疗服务机器人领域,以微创机器人和天智航等公司为代表,其中微创机器人的产品覆盖腔镜、骨科、血管等手术专科,部分产品已获批,将进入商业化市场;天智航公司聚焦骨科手术机器人,已在近多家医疗机构投入使用,临床病例累计过万,未来还将加快进院速度。
当前机器人技术正在飞速进步,国家高度重视机器人产业的发展,当代学生是实现科技兴国、科技强国这一伟大梦想的新生力量,是实现建成社会主义现代化强国的后备力量和科技创新的践行者。国家所需,青年所向,作为国家未来科技创新的生力军,青年人才是国家战略人才力量的源头活水。在科技发展日新月异的当下,无论是产业的变革还是新业态的发展,都离不开青年科技人才的创新活力,离不开青年人勇于探索、敢为人先的拼搏奋斗的精神。当代青年既要提高学习兴趣、强化机器人理论知识并具备扎实的技术技能基础,同时还要具备科学创新意识、厚植的爱国情怀、技术创新与应用能力,为国争光,为科技强国和实现第二个百年奋斗目标做出贡献。
科学技术是第一生产力,科技创新正越来越成为国家在国际竞争中的决定性因素。进入新时代,一大批重大科技创新成果竞相涌现,国家的一些前沿领域开始进入并跑、领跑阶段,科技实力正在从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力提升,我国科技事业取得历史性成就。但同时仍要清醒地看到,我国自主创新能力还有待加强,关键核心技术受制于人的情况在一定程度上还存在,一些领域的科技“卡脖子”问题还未得到根本解决。这就需要具有先进创新理念、开阔国际视野并掌握尖端科学技术的青年科技工作者们,充分发挥自身优势,聚力科技攻关、勇于创新创造,当好高水平科技自立自强的排头兵。
机器人的发展史是不断地向着更高级发展的。意识化机器人已是机器人的高级形态,不过意识又划分为简单意识和复杂意识。
人类具有复杂意识,而现代的意识机器人,只是简单意识,还未达到复杂意识的水平。对于未来意识化智能机器人几大发展趋势,在这里概括性地分析如下。
未来机器人的语言交流功能会越来越强大,这是一个必然性趋势,在人类的设计程序下,机器人能轻松地掌握多个国家的语言,而具备学习能力的机器人可进行对话、翻译,且它们不仅可以将文字翻译成语音,还能将语音翻译成文字,翻译的准确性也越来越高,图1-26所示为机器人正与小朋友们对话。
未来机器人将具备更灵活的、类似人类的关节和仿真人造肌肉,使其动作更像人类,它们可以模仿人类的几乎所有动作,甚至做得比现在更有形。有些机器人还能做出一些普通人很难完成的动作,如平地翻跟斗、倒立等。
图1-26 与机器人进行对话
Atlas机器人是基于波士顿动力公司早期的PETMAN人形机器人制造出来的,而PETMAN是一款设计用于检测化学防护衣的人形机器人,它能模拟士兵的动作,检测现实条件下防护服的作用。不同于以往的化学防护衣测试,过去机器人仅能完成有限的机械运动姿势,PETMAN人形机器人不仅能平衡自身、自由行走、弯曲身体,还能暴露在满是化学药剂的操作车间中完成各种对化学防护衣有压力作用的动作。PETMAN人形机器人还通过模拟防护服内的人体生理学来控制温度、湿度和出汗情况来测试。波士顿动力公司以其为基础发展出了Atlas机器人,来实现运动能力的提升,如图1-27所示。
2000年11月30日,我国独立研制出了第一台具有人类外观特征、可以模拟人类行走与基本动作的类人型机器人,这台命名为“先行者”的类人型机器人,高1.4m,重20kg,不仅具有与人类一样的头部、眼睛、脖颈、身躯、双臂与两足等,而且具备了一定的语言功能。小米公司于2022年8月公布了首款全尺寸人形仿生机器人CyberOne(铁大),如图1-28所示,升级后的运动控制算法支配这款机器人全身13个关节和21个自由度,实现双足运动姿态平衡;其髋关节主要电动机的动力扭矩峰值可达300Nm,峰值扭矩密度达96Nm/kg。
图1-27 Atlas机器人
未来机器人将具备越来越强大的自行复原功能,对于自身内部零件等的运行情况,机器人会随时自行检索问题,并及时排除故障,如图1-29所示。自行复原功能和检索功能就像人类能够自行感觉到身体哪里不舒服一样,是智能意识的表现。
图1-28 “先行者”和CyberOne(铁大)机器人
图1-29 具有复原功能和检索功能的机器人
在比利时的布鲁塞尔自由大学,一组研究人员开发出了一种能够在受损时自我修复的机器人,如图1-30所示。它是一个柔软的机械手臂,由一种聚合物制成。当这个机械手臂受损时,可以通过加热的方式来进行修复,当周围温度加热到80℃时,这种聚合物的受损程度将会不断减轻,直至恢复原状,在复原后冷却,机械手臂将恢复到原来的形状和强度。相关的研究人员称:“机器人的损伤可以完全修复,不会留下任何缺陷。”法国科学家称,他们开发出一款小型机器人,能在受损后自我修复,这些均朝着机器模仿人类和动物的适应能力迈出了坚定的一步,这说明这类机器人可从事恶劣条件下的工作。这项成果可能使人类有朝一日研发出救灾机器人,这些机器人能够排除使之失灵的危险。法国巴黎第六大学的让·巴蒂斯特·穆雷(Jean Baptiste Mouret)说过,人们的想法是让机器人能够在恶劣环境下活动,假如人们派出机器人前往工作地点,它们必须能够在受损的情况下照样执行任务,而不会因为工作环境的恶劣而停止运行。
图1-30 能够自我修复的机器人
为了让机器人更好地模仿人类,科学家未来会不断地赋予它们许多逻辑分析程序功能,这相当于机器人具备智能的表现,如机器人自行重组相应词组成新的句子,就是逻辑能力的表现形式之一。