文章摘自《戰(zhàn)略前沿技術(shù)》

　　——智能機器人發(fā)展思考王田苗，陳殿生，陶永，李劍

　　隨著云計算、大數(shù)據(jù)、智能感知、微納制造、生物材料、智能交通等高新技術(shù)的深入發(fā)展，智能機器即智能機器人作為世界經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)增長方式轉(zhuǎn)變過程中的關(guān)鍵因素，正在進入新的發(fā)展階段。本文從智能機器人的需求和背景出發(fā)，介紹工業(yè)機器人、家用服務(wù)機器人、特種服務(wù)機器人的定義和發(fā)展現(xiàn)狀，分析未來智能機器人的前沿技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化趨勢。

　　在信息與互聯(lián)網(wǎng)、新材料與新能源、自動化與人工智能等技術(shù)的推動下，全球正迎來一個新的科技時代，以移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)服務(wù)、醫(yī)療健康與物聯(lián)網(wǎng)、新能源與智能交通自動化、機器人與智能制造等為代表的科技創(chuàng)新正在改變世界的技術(shù)發(fā)展方向、產(chǎn)業(yè)競爭格局與社會組織結(jié)構(gòu)，這一交錯融合的科技浪潮進一步引起了制造模式、生活方式、軍事作戰(zhàn)形態(tài)等的變化，從而牽引加速了智能機器暨智能機器人的發(fā)展。與此同時多學(xué)科前沿交叉理論與技術(shù)的進一步推動，拓展了智能機器的新概念、新理論及新方法。

　　智能機器是具有感知、決策、執(zhí)行的制造裝備、設(shè)備工具、服務(wù)消費品，機器人是智能機器眾多種類中的典型代表，用于生產(chǎn)過程與環(huán)境中的制造裝備智能機器稱為工業(yè)機器人，用于個人或家政服務(wù)的消費品智能機器稱為家用服務(wù)機器人，用于特殊環(huán)境下作業(yè)與維護的設(shè)備工具智能機器稱為特種服務(wù)機器人。

　　機器人學(xué)本質(zhì)上是一個材料機械、微電子傳感器、模式識別、智能控制、計算機、腦科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等前沿交叉的綜合學(xué)科，依賴于相關(guān)學(xué)科或集成系統(tǒng)突破，實現(xiàn)一種能夠半自主或全自主工作的智能機器，其目的是輔助人甚至替代人完成危險或繁重、復(fù)雜的工作，提高人的工作效率與質(zhì)量，甚至服務(wù)于人的生活并擴大或延伸人的活動及能力范圍。

　　機器人以服務(wù)于人、服務(wù)于社會為宗旨，靈巧操作、適應(yīng)多變環(huán)境、人工智能以及互聯(lián)網(wǎng)的人機融合友好共存是未來機器人發(fā)展的規(guī)律與必然趨勢。因此，在新歷史時期，機器人發(fā)展與應(yīng)用有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個切入點和重要增長點，它將作為衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志，在國民經(jīng)濟、醫(yī)療健康、國防安全等諸多領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位，并且必將為“中國制造2025”做出重要貢獻。

　　智能機器人需求與背景

　　眾所周知，以美國為主的西方發(fā)達國家，在大力發(fā)展IT及移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，也在大力推進航空航天、生物醫(yī)學(xué)、智能機器人、新能源、人工智能等技術(shù);以中國為主的新興金磚先進發(fā)展中國家，不僅充分利用IT互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的大好時機，并且大力發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，推動醫(yī)療健康、智能交通、農(nóng)副產(chǎn)品、旅游娛樂、在線教育、高品質(zhì)消費品與智能硬件等技術(shù)變革與產(chǎn)業(yè)升級換代，與此同時還抓住未來對社會經(jīng)濟格局可能產(chǎn)生重大變革的顛覆性技術(shù)，如航空航天、人工智能、生物醫(yī)療、智能機器人等;以第三世界不發(fā)達國家為主的發(fā)展中國家，需要大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括IT互聯(lián)網(wǎng)、裝備制造、鐵路交通、能源電力、工程機械、信息家電、汽車工業(yè)、智能手機、房屋建筑等。

　　由此得出，從世界經(jīng)濟發(fā)展的宏觀趨勢出發(fā)，把握了大數(shù)據(jù)技術(shù)就把握了未來的需求規(guī)律與趨勢，把握了生物醫(yī)學(xué)技術(shù)就把握了未來的醫(yī)療健康，把握了智能機器人技術(shù)就把握了未來的智能制造裝備與服務(wù)設(shè)備，把握了新能源技術(shù)就把握了未來社會可持續(xù)發(fā)展的動力，把握了人工智能技術(shù)就把握了人腦智慧服務(wù)的各個方面。因此，作為推動中國新常態(tài)下經(jīng)濟發(fā)展與增長的重要關(guān)鍵要素之一，大力發(fā)展智能機器人核心技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化成為科技創(chuàng)新驅(qū)動的一種重要趨勢與動力。

　　改革開放以來，中國的經(jīng)濟取得了翻天覆地的變化，但這很大程度上都依賴于人口紅利及資源消耗。隨著需求與產(chǎn)能過剩、勞動力成本提升、低價競爭優(yōu)勢不在等，原有的粗放型經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)活力不再。由此，加強科技創(chuàng)新、探索新型經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)勢在必行。

　　隨著工業(yè)4.0理念的深入及《中國制造2025》的印發(fā)，中國的經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)正式開始向著精細化發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。屆時，新的需求、新的產(chǎn)品、更高的附加值將會被挖掘、開發(fā)及創(chuàng)造。同時，在“大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新”的政策引領(lǐng)下，創(chuàng)客，“BtoC”等創(chuàng)新模式將會為新興經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)的開創(chuàng)奠定基礎(chǔ)。未來，在《中國制造2025》的直接驅(qū)動下，以智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流三大主題為特征的工業(yè)4.0理念將逐步深入到國內(nèi)的大中小企業(yè)中，屆時新興的集約型現(xiàn)代工廠、現(xiàn)代制造、現(xiàn)代物流將直接促生迫切的工業(yè)機器人需求。同時，隨著現(xiàn)代醫(yī)療、健康、娛樂等服務(wù)業(yè)的發(fā)展和國防、民生的剛性需求，人們新興的生活方式將會延伸出無數(shù)的服務(wù)機器人需求。

　　社會服務(wù)成本增加與智能硬件成本降低的驅(qū)動

　　老齡化社會的到來、勞動人口的減少、服務(wù)人力成本越來越高

　　根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2015年中國60周歲及以上人口2.1242億，占總?cè)丝诘?5.5%，65周歲及以上人口1.3755億，占總?cè)丝诘?0.1%[2]。全國老齡工作委員會預(yù)計，未來20年中國將進入老齡化高峰，平均每年增1000萬老年人，到2050年左右，老年人口將達到全國人口的1/3[3]。同時，隨著老齡化進程加快，中國勞動力也在逐漸減少。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2014年中國勞動年齡人口比例連續(xù)3年下降，16~59歲的勞動年齡段人口減少了371萬。預(yù)計到2022年，城市制造業(yè)工人將減少700萬，制造業(yè)農(nóng)民將減少1500萬。

　　此外，中國勞動成本正在逐年上升，人口紅利優(yōu)勢正在逐漸削弱。據(jù)2015年經(jīng)濟學(xué)人智庫(TheEIU)發(fā)布的《中國制造業(yè)勞動力成本分析》最新報告，預(yù)計自2013—2020年，全國的年收入平均增速將維持在12%左右[4]。另據(jù)美國國會研究服務(wù)機構(gòu)統(tǒng)計，2000—2013年，中國工資平均每年增長11.4%[5]。

　　危險惡劣工作環(huán)境下的作業(yè)對機器人有著剛性需求

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越重視“以人為本”，人的生命和健康是無價的，有些工作需要工人暴露在危險的壞境(如有毒氣體，易爆壞境等)中進行。如何在惡劣條件下保證人的身體安全和健康，一直都是生產(chǎn)安全的重要課題。隨著人類生活品質(zhì)的提高，避免危險、繁重、臟差、重復(fù)等工作已逐漸成為一種普遍的趨勢和意愿。

　　隨著智能硬件不斷發(fā)展，機器人成本越來越低

　　隨著機器人技術(shù)的成熟和應(yīng)用，機器人的成本在逐漸下降。據(jù)波士頓咨詢集團最新研究：在未來10年，越來越多的智能機器人將走進制造業(yè)企業(yè)，制造業(yè)生產(chǎn)成本將越來越低，如一個先進機器人電焊機的價格已從2005年的18.2萬美元下降到2014年的13.3萬美元，預(yù)計到2025年機器人購買價格將繼續(xù)下降22%。

　　未來前沿交叉學(xué)科派生出顛覆性技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動

　　2013年5月，麥肯錫發(fā)布研究報告《引領(lǐng)全球經(jīng)濟變革的顛覆性技術(shù)》，提出2025年將引領(lǐng)生活、商業(yè)和全球經(jīng)濟變革的12項顛覆性技術(shù)，其中先進機器人技術(shù)名列第五位。預(yù)計到 2025年，先進機器人在制造業(yè)、醫(yī)療和服務(wù)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用可創(chuàng)造1.7萬億~4.5萬億美元的產(chǎn)值。

　　2015年10 月，Gartner公布了2016年及以后數(shù)年的十大戰(zhàn)略預(yù)測，提出2016年是數(shù)字化的時代，在智能算法和機器人驅(qū)動的世界里，人和機器人的關(guān)系將被新定義;預(yù)計到2018年，20%的商業(yè)內(nèi)容將由機器撰寫;將有60億智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng);超過300萬工人將向“機器老板”匯報;在增長最快的公司中，50%的公司中員工數(shù)將比智能機器人少[1]。

　　國防安全軍事發(fā)展、產(chǎn)業(yè)競爭價值驅(qū)動、生活服務(wù)迫切要求等進一步加速了顛覆性技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展，其中以新材料與生物材料、軟體機器人、人工智能與識別、腦科學(xué)與認知、高效移動再生能源等為代表的新技術(shù)大大推動了智能機器人發(fā)展。

　　智能機器人發(fā)展現(xiàn)狀

　　機器人定義與分類

　　根據(jù)美國機器人協(xié)會給出的定義：機器人是一種可編程和多功能的操作機;或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。從應(yīng)用環(huán)境的角度劃分，機器人分為工業(yè)機器人(industryrobot)和服務(wù)機器人(servicerobot)兩大類。

　　工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人，是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力實現(xiàn)各種功能的一種機器，它接受人類指令后，將按照設(shè)定的程序執(zhí)行運動路徑和作業(yè)，包括焊接、噴涂、組裝、采集和放置(例如包裝和碼垛等)、產(chǎn)品檢測和測試等(ISO定義)。

　　根據(jù)國際機器人聯(lián)合會(InternationalFederationofRobotics，IFR)的定義，服務(wù)機器人是一種半自主或全自主工作的機器人(不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備)，它能完成有益于人類的服務(wù)工作。服務(wù)機器人又可分為兩類：專用服務(wù)機器人(professionalservicerobot)和家用服務(wù)機器人(domesticuserobot)。其中，專用服務(wù)機器人是在特殊環(huán)境下作業(yè)的機器人，如水下作業(yè)機器人、空間探測機器人、搶險救援機器人、反恐防爆機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、醫(yī)療機器人及其他特殊用途機器人;家用服務(wù)機器人是服務(wù)于人的機器人，如助老助殘機器人、康復(fù)機器人、清潔機器人、護理機器人、教育娛樂機器人等。

　　工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

　　在全球工業(yè)機器人的研究方面，日本、歐洲處于領(lǐng)先定位，接下來是美國、韓國和中國，但中國目前是國際上最大的機器人應(yīng)用市場。圍繞工業(yè)機器人的市場空間、本體、系統(tǒng)應(yīng)用工藝、減速器核心部件、控制系統(tǒng)等方面進行了對比(從高到低依次分為A、B、C三等)，如表1所示。

　　據(jù) IFR統(tǒng)計，2014年全球共銷售工業(yè)機器人229261臺，相比2013年增長41%。亞洲仍然是最大的消費市場;其次是歐洲共銷售45600臺，增長 5%;再次是美洲共銷售32600臺，增長8%。據(jù)IFR預(yù)計，到2018年全球銷售的工業(yè)機器人將平均每年增長15%，銷量將增加一倍，數(shù)量約 400000臺。圖1列出了部分新一代人機協(xié)作工業(yè)機器人。

　　同時，據(jù)IFR最新統(tǒng)計，中國已經(jīng)成為全球最大的機器人市場。2014年中國、日本、美國、韓國、德國五大市場占全球銷售總額的70%。其中，中國共增工業(yè)機器人57096臺，相比2013年增長了56%。

　　另據(jù)中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計(圖2：來源于IFR)，2014年新增加的工業(yè)機器人中，有16000臺產(chǎn)自中國本土企業(yè)，相比2013年高出78%。 2014年，外資企業(yè)在中國共銷售工業(yè)機器人41100臺，相比2013年增長49%。據(jù)IFR預(yù)計，到2018年，中國將成為世界上最大和增長最快的機器人市場，超過1/3的全球供應(yīng)的工業(yè)機器人將被安裝在中國。雖然工業(yè)機器人的應(yīng)用范圍越來越廣(圖3)，但目前在中國，汽車行業(yè)還是工業(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　中國一直十分重視機器人技術(shù)的發(fā)展，通過科學(xué)技術(shù)部等部委的持續(xù)支持，從20世紀80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出了噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人，并形成了一批具有較強機器人科研實力的公司，如沈陽新松機器人自動化股份有限公司在自動導(dǎo)引車(AGV)等方面取得重要市場突破;哈爾濱博實自動化股份有限公司重點在石化等行業(yè)的自動包裝與碼垛機器人方面進行產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用;奇瑞裝備有限公司與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作研制的165kg點焊機器人，已在自動化生產(chǎn)線開始應(yīng)用，分別用于焊接、搬運等場合，自主研制出中國第一條國產(chǎn)機器人自動化焊接生產(chǎn)線，可實現(xiàn)S11車型左右側(cè)圍的生產(chǎn)[6];廣州數(shù)控機械加工與上下料工業(yè)機器人方面的應(yīng)用也取得了很好進展。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國從事機器人相關(guān)業(yè)務(wù)的企業(yè)2013年是400多家，2014年達到800多家，其中上市企業(yè)2009年1家，2015年多達34家。

　　總體來看，在焊接、電子等高端制造方面，中國國產(chǎn)工業(yè)機器人占6%~7%，與國外差距較大，正在逐步增加份額。但在物流AGV、上下料碼垛、涂膠作業(yè)、簡單機械手等方面，中國國產(chǎn)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，占有率正在突破50%。正如2014年IFR的分析，中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)缺少技術(shù)創(chuàng)新，缺乏可以參與國際競爭的骨干企業(yè)，規(guī)模普遍很小，關(guān)鍵部件品質(zhì)和品質(zhì)可靠性落后世界先進水平5~10年。

　　家用服務(wù)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

　　在全球家用服務(wù)機器人方面，世界各國處于同一起跑線，產(chǎn)品形態(tài)和功能正在探索和嘗試，未來具有巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。日本處于領(lǐng)先地位，歐洲、韓國、中國緊隨其后。圍繞家用服務(wù)機器人的市場空間、本體、系統(tǒng)應(yīng)用工藝、傳感器核心部件、控制系統(tǒng)等方面進行了對比(從高到低依次分為A、B、C三等)，如表2所示。

　　據(jù)IFR統(tǒng)計，2014年全球家用機器人新增330萬臺，相比2013年增長了28%，其中娛樂休閑機器人新增130萬臺，增長40%。在家用服務(wù)機器人方面，除家庭和花園機器人助手外，助老助殘機器人逐漸成為未來發(fā)展的主流，相比2013年的699臺，2014年全球共銷售4416臺。據(jù)IFR預(yù)計，到2018年全球銷售使用的個人服務(wù)機器人將達到3500萬臺，其中家用服務(wù)機器人將有2500萬臺，娛樂休閑機器人900萬臺。

　　圖4列出了部分家用服務(wù)機器人。中國的家用服務(wù)機器人在近幾年有了很大的發(fā)展，但整體處于發(fā)展初期，且多是分散式發(fā)展。在教育、陪護、無人機、兩輪車等方面，國內(nèi)企業(yè)已嶄露頭角，如深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司的無人機、納恩博科技有限公司的兩輪車等。

　　總體而言，正如IFR的分析，服務(wù)機器人正處在一個分散快速發(fā)展階段，沒有形成壟斷性企業(yè)與格局，在所有從事服務(wù)機器人的公司中，有15%以上的公司都是新創(chuàng)立的，這些企業(yè)往往以破壞性技術(shù)創(chuàng)新或應(yīng)用牽引商業(yè)模式創(chuàng)新快速發(fā)展，大部分企業(yè)還很年輕，規(guī)模也較小，缺乏規(guī)律性成熟的經(jīng)驗，但是這些培育、孵化或是創(chuàng)新企業(yè)，為新興經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、大企業(yè)成長提供了良好的生態(tài)環(huán)境。

　　特種服務(wù)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

　　在全球特種服務(wù)機器人方面，美國在醫(yī)療機器人、軍用機器人、特種環(huán)境作業(yè)機器人等方面處于領(lǐng)先地位，歐洲在醫(yī)療機器人方面具有優(yōu)勢，中國在水下機器人方面具有優(yōu)勢，緊接著是日本、韓國。圍繞特種服務(wù)機器人的市場空間、本體、系統(tǒng)應(yīng)用工藝、傳感器核心部件、控制系統(tǒng)等方面進行了對比(從高到低依次分為A、 B、C三等)，如表3所示。

　　據(jù) IFR統(tǒng)計，2014年，全球共新增特種服務(wù)機器人24207臺，相比2013年的21712臺，增長了11.5%。如圖5(來源于IFR)，2014年國防領(lǐng)域新增特種服務(wù)機器人11000臺，占新增特種服務(wù)機器人的45%，其中無人機占據(jù)了82%。此外，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域新增特種服務(wù)機器人5700臺，其中 5180臺為擠奶機器人，占新增特種服務(wù)機器人的25%;物流領(lǐng)域新增特種服務(wù)機器人2644臺，占新增特種服務(wù)機器人的7%，同比2013年增長 27%。相比2013年，醫(yī)療機器人2014年增長率下降了5%，新增1224臺，其中手術(shù)機器人978臺。外骨骼機器人2014年共銷售273臺，相比 2013年的160臺增長了80%。據(jù)IFR預(yù)計，未來特種服務(wù)機器人會急速增長，到2018年，將超過15萬臺，其中最大的市場是國防、農(nóng)業(yè)和物流。

　　中國的特種機器人在“863計劃”的支持下，取得了不少成果(圖6)。其中最為突出的是水下機器人(如蛟龍?zhí)?和空間機器人(如神10)，6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種;在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大。

　　總體而言，如圖7(來源于IFR)，在特種服務(wù)機器人領(lǐng)域，歐洲和美國在水下、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等方面處于絕對領(lǐng)先狀態(tài)，國內(nèi)水下機器人的研究已經(jīng)形成了良好優(yōu)勢，醫(yī)療外科機器人和反恐救災(zāi)機器人也正在大踏步前進。由于這方面的市場需求與規(guī)模有限，需要加強探索協(xié)同服務(wù)新的商業(yè)模式，不斷完善快速、高品質(zhì)、安全可靠的工程化產(chǎn)品。

　　智能機器人未來發(fā)展方向

　　機器人基礎(chǔ)與前沿技術(shù)發(fā)展

　　機器人基礎(chǔ)與前沿技術(shù)正在迅猛發(fā)展，涉及工程材料、機械工程、傳感器、自動化、計算機、生命科學(xué)甚至涉及法律、倫理等各方面，許多學(xué)科相互交融、相互促進快速發(fā)展，以智能機器形態(tài)出現(xiàn)在實驗室、企業(yè)與社會，這里主要集中交流3個方面熱點研究。

　　智能感知識別、大數(shù)據(jù)與人工智能

　　隨著機器人的應(yīng)用和推廣，尤其是服務(wù)機器人的快速發(fā)展，感知能力將會成為機器人的一個重要考核指標。如何使機器人的感知識別能力更接近于人或其他生物將會成為未來研究的重點。同時，隨著大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)的發(fā)展，機器人的人工智能水平也將會不斷提高。

　　目前，微軟、谷歌、百度等計算機巨頭已經(jīng)在人工智能領(lǐng)域有所布局。2014年，微軟在Build大會上推出了虛擬個人助理 Cortana，Cortana的思考能力足以支持整個對話過程。當你與Cortana交流時，它會判斷正在進行的是同一段對話還是新的對話主體。 2014年，谷歌收購了英國DeepMind公司，在2014年4月發(fā)布的一款DeepMind軟件展示視頻中，DeepMind軟件通過自己的本能來控制一款叫Atari的電子游戲并取得了勝利。百度深度學(xué)習(xí)研究院(IDL)開發(fā)出的“百度大腦”已經(jīng)能達到2~3歲孩童的智力水平。

　　微納制造與智能硬件

　　機器人執(zhí)行載體依賴于新材料、剛?cè)狁詈辖Y(jié)構(gòu)、微電子與制造技術(shù)發(fā)展。隨著納米技術(shù)、微機電系統(tǒng)[8]、智能硬件等研究的深入，納米機器人等微型機器人將會成為未來發(fā)展的方向之一。其不僅可以大大降低機器人成本，而且可實現(xiàn)現(xiàn)代制造宏觀到微觀的轉(zhuǎn)變，特別是應(yīng)用于醫(yī)療、健康等領(lǐng)域(如血管機器人)，為人類的健康和生命保駕護航。同時納米制造與智能硬件所涉及的石墨烯、維納光電器件等也將為機器人的感知和識別提供更優(yōu)越、更精準的微型傳感器。

　　生物材料與軟體機器人

　　傳統(tǒng)的機器人外殼多由沒有溫度的金屬和塑料組成，在實際接觸中無法讓人產(chǎn)生依賴感。如果機器人的手、臉等關(guān)鍵部位能采用類似皮膚的材料，那么無疑會使人機接觸過程更加友好。未來生物材料的發(fā)展將進一步推動機器人技術(shù)的發(fā)展，將為人與機的親密互動提供更為真實、友好、舒適的界面，進一步縮短人與機器人之間的距離。因此，在不久的將來，一定會出現(xiàn)剛?cè)狁詈稀⒏影踩?、更加實用、更加便宜的工業(yè)機器人與服務(wù)機器人。

　　同時，基于柔性生物材料的軟體機器人研究將會成為機器人領(lǐng)域的研究熱點。2012—2015年，Science與Nature已刊登了6篇關(guān)于仿生軟體機器人的研究論文。柔性體機器人的驅(qū)動與傳感等相關(guān)基礎(chǔ)研究已引起世界著名高校，如美國哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院等的高度重視，相關(guān)研究將在人工肌肉驅(qū)動的軟體末端抓持器設(shè)計，多棲?？铡⑺贩律Y(jié)構(gòu)，柔性可穿戴式的感知裝置等方面有所體現(xiàn)。

　　機器人應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

　　機器人應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化正在滲透各個行業(yè)，由于世界大部分智能硬件在中國制造，另一方面中國人口眾多，不僅安全的吃住行玩是主要需求牽引，而且醫(yī)療健康與養(yǎng)老需求也將成為迫切需求。與此同時，考慮到中國目前一些過剩產(chǎn)業(yè)或是即將淘汰的產(chǎn)業(yè)，因此，重點圍繞中國未來需求，介紹4個方面的應(yīng)用熱點。

　　1)3C 裝配制造、物流倉儲搬運、食品加工等機器人有望成為工業(yè)機器人新興主力軍。工業(yè)機器人作為產(chǎn)業(yè)先驅(qū)，隨著基礎(chǔ)工業(yè)、制造工藝的進步，以及與傳感技術(shù)、智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的深度融合，工業(yè)機器人將朝著精度、速度、效率更高，智能、靈巧作業(yè)、人際交互能力更強，以及更加標準化、模塊化、系統(tǒng)化、開放化等方向發(fā)展，更加重視相關(guān)新材料、增量加工方法、智能化示教、應(yīng)用設(shè)計、成套應(yīng)用工藝等關(guān)鍵技術(shù)，不斷提高操作性和可維護性，應(yīng)用領(lǐng)域也將從汽車工業(yè)向電子裝配制造、物流搬運與倉儲、食品加工、機械加工、化工建材等滲透推廣，有望成為中國工業(yè)機器人應(yīng)用的主力軍。

　　2)家庭服務(wù)機器人有望走入千家萬戶。由于生活節(jié)奏的加快和勞動力的減少，小孩的看護、老人的陪護及家庭的清潔逐漸成為困擾年輕人的諸多問題，由此大力發(fā)展護理及清潔機器人是未來機器人發(fā)展方向之一。目前大家首先關(guān)心的是挖掘家庭服務(wù)剛性需求或痛點需求，其次關(guān)心是否存在相對集中的通用軟件平臺、硬件平臺，標準化體系結(jié)構(gòu)，軟硬分離，相對專業(yè)化應(yīng)用的模塊化組件集成，另外還有一個重要問題就是提供服務(wù)具體內(nèi)容，如何充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等技術(shù)，使得家用服務(wù)機器人可以方便地用于家庭并且價格合理等。

　　3)醫(yī)療機器人服務(wù)于民生科技與健康。健康是人類永恒的主題，未來醫(yī)療機器人的發(fā)展空間巨大。據(jù)WinterGreenResearch預(yù)測，未來康復(fù)機器人和手術(shù)機器人行業(yè)規(guī)模將分別由2014年的2.2億、32億美元增長到2021年的32億、200億美元，年均復(fù)合增速將達到46.6%、29.9%。隨著遠程醫(yī)療、微創(chuàng)外科及3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，手術(shù)機器人的需求會越來越多。但由于國外企業(yè)占有份額太高及其本身的技術(shù)壁壘，國產(chǎn)化的道路還很漫長。同時，由于中國殘障人數(shù)眾多，而且專業(yè)的康復(fù)醫(yī)院、康復(fù)科室、康復(fù)設(shè)備還很少，未來中國康復(fù)機器人潛在市場上百億。但由于中國特殊的群體收入特征和不完善的支付體系，很多國外昂貴的康復(fù)機器人消費者還無法承擔，這就意味著未來國產(chǎn)康復(fù)機器人產(chǎn)業(yè)大有作為。

　　4)智能機器人技術(shù)嵌入智能交通，引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展。據(jù)21世紀經(jīng)濟報道：2015年6月27日，美國谷歌公司宣布，他們的無人駕駛汽車已經(jīng)駛在加利福尼亞州芒廷維尤的街頭。智能交通，無人駕駛已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的主流。由于其大大提高了交通系統(tǒng)的效率和安全性，將是未來汽車巨頭們爭奪的主要市場。2015年6月，在中國云計算大會上，百度宣布將在下半年推出無人駕駛汽車。2015年4月，上海汽車集團股份有限公司也推出了iGS智能汽車，該車不需要司機，而是自己用攝像頭和雷達觀察周圍環(huán)境，用控制軟件指揮，用油門、剎車、排擋、轉(zhuǎn)向等實現(xiàn)移動。

　　未來，智能交通與無人駕駛必將走進人們的生活，并為人們的出行提供交通的便利。

　　結(jié)論

　　從公元前約10世紀偃師發(fā)明藝妓(歌舞機器人)到現(xiàn)在，智能機器人技術(shù)已取得長足發(fā)展，為人類工業(yè)制造、公共服務(wù)及個人生活品質(zhì)的提高做出了不可磨滅的貢獻。但隨著人類需求的進一步多樣化和新技術(shù)的日益突起，未來的機器人還將面臨更多更復(fù)雜的問題，如何提高機器人的高智能化、如何建立更親密的人機關(guān)系、如何保證使用者的安全等都將成為急于解決的難點。

　　在工業(yè)機器人領(lǐng)域，全球市場格局已經(jīng)成型，不能希望在中國短期內(nèi)徹底改變，這需要長期堅持發(fā)展，需要攻克一些工業(yè)基礎(chǔ)性的核心問題，包括工藝設(shè)計與實驗、核心零部件、主機可靠性等問題。與此同時，中國作為未來機器人應(yīng)用的最大市場正處在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的過程中，充滿了機遇和挑戰(zhàn)。在服務(wù)機器人領(lǐng)域，全球市場尚處于發(fā)展階段，未來發(fā)展空間極大。中國具有全世界最高的人口基礎(chǔ)和殘障人(殘疾人、傷病人)數(shù)量，未來服務(wù)機器人市場很大。截止目前，中國自有的服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)正處于起步階段，已產(chǎn)生了一些充滿活力的企業(yè)，在國際競爭中也具有一定的特色。如何發(fā)揮國內(nèi)市場優(yōu)勢，如何保證機器人的安全性，如何實現(xiàn)機器人的家庭化和高度智能化等將是未來服務(wù)機器人研究者必須思考的問題。

　　致謝：趙杰、韓建達、李澤湘、劉進長、曲道奎、徐禮進、譚民、孫立寧、黃田、黃強、王耀南、劉成良、丁希侖、畢樹生、姜念云、歐勇盛等對本文撰寫提供一定的幫助。

　　參考文獻略(來源：科技導(dǎo)報，作者：王田苗，陳殿生，陶永，李劍，北京航空航天大學(xué)機器人研究所)

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