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【前沿科学】三足鼎立不会遥远、细分领域开发提速--从机器人市场应用看产业结构

  • 永利集团:2019-07-26 【 【打印】【关闭】
  •   从英国小说家玛丽·雪莱的"弗兰肯斯坦"到捷克科幻文学家卡雷尔·恰佩克的"罗素姆万能机器人",从《星球大战》的"阿图"到《终结者》的"液态机器人T1000",机器人一直带给与人们无限的遐想。而看似漫无边际的畅想、遥不可及的科幻,其思想和理论的种子已在一点一点萌发。 

      我国对于智能机器人的研究和应用一直以前瞻性视野给予高度重视。国家在1986 年,就把智能机器人列为"国家高技术发展计划"自动化领域的两个主题之一。科技部最新发布的重点研发计划中,智能机器人重点专项也是位列其中。 

      边界持续拓展、内涵不断丰富 

      在国际标准ISO 8373 中,机器人的定义为"具有两个或两个以上可编程轴,以及一定程度的自主能力,可在其环境内运动以执行预期任务的执行机构"。而机器人按照预期用途可以分为工业机器人和服务机器人。国际机器人联盟(IFR)也采用了类似的机器人分类。与国际上略有不同,我国传统上按工业机器人、服务机器人和特种机器人划分。 

      机器人研究涉及材料、机构、驱动、传感、控制、计算机、人工智能等多学科,是典型的交叉学科研究领域。机器人技术在汽车制造、搬运码垛等大型制造企业已获得大规模成熟应用。近20年来,针对医疗、教育、娱乐、勘探勘测、救灾救援等多样化需求,机器人技术的边界不断拓展、内涵不断丰富。 

      工业机器人对高速度、高精度、重载荷、智能化、协同作业的极致追求仍未改变,同时协作型工业机器人的发展使人机安全、自然交互得到格外重视。服务机器人对极端、动态、未知、非结构化复杂环境的适应性、感知与理解、学习与决策、控制与协作、自然交互等一直是研究重点。而新型智能材料、人工智能技术的快速发展不仅为服务机器人带来了新的研究思路,也提出了更具挑战性的技术难题。 

      市场需求刺激、产业规模潜力巨大 

      据中国电子学会的报告,2018 年,全球机器人市场规模将达298.2 亿美元,其中工业机器人占比56%,服务机器人占比31%,特种机器人占比13%。我国2018 年机器人市场规模将达87.4 亿美元,其中工业机器人占比71%,服务机器人占比21%,特种机器人占比8% 

      工业机器人应用集中在汽车、电子、金属制品、橡胶和塑料等行业。大负载的传统工业机器人多用于大批量、标准化产品的高效生产,受行业影响明显。而以小批量、定制化、快速迭代的产品为主的中小企业,对于小负载机器人和协作机器人有较强需求。协作机器人轻巧灵活、操作简单、价格适当,适合在人机混杂的作业空间工作,具有良好的增长潜力。 

      服务机器人主要产品有家用服务机器人、医疗服务机器人、公共服务机器人,深度学习、生物特征识别、语音识别、自然语言理解等人工智能技术的发展使服务机器人的功能和性能逐步提升。教育机器人、娱乐机器人、扫地机器人、陪护机器人等产品持续迭代,并已大量进入家庭。医疗手术机器人、康复机器人产品得到广泛关注,其市场规模也已达数十亿美元,具有巨大的潜在市场。 

      相比于工业机器人和服务机器人,特种机器人目前在市场规模较小,但其在采掘、建筑、交通、农业、畜牧业、消防、防爆、空间探索、军事等领域具有重要的战略意义和作用,得到各国政府的高度重视,并积极规划、投入资金支持相关产品的研制和开发。 

         

       2008 年—2018 年机器人销售量(单位:千台) 

      产业升级倒逼技术提升、化挑战为机遇 

      当前我国制造业面临的现实挑战不仅为我国智能机器人研究提出了前沿问题,同时也为我国智能机器人产业提供了难得的发展机遇和广阔的施展空间。坚持深耕于不同行业领域的智能机器人系统公司将形成创新性的产品和系统,重塑生产流程、生产工艺、生产模式。 

      服务机器人市场规模的增速远高于工业机器人,是极具潜力的新兴产业。人工智能技术与个人、公共服务机器人的结合将有望深度切入教育、家电、陪护等行业,从而依托服务机器人平台打造新的应用生态。而医疗、康复服务机器人作为高附加值的智能机器人产品将改变医疗和康复的传统模式,远程诊断、远程手术、远程治疗等新模式将改善、缓解医疗资源的不均衡、紧张。 

      特种机器人虽当前市场规模相对较小,但其作用和意义重大,且未来潜力巨大。繁重的农业和畜牧业劳动使特种机器人具有巨大的发挥空间,如无人机撒药、挤牛奶机器人、无人化的耕作和收获农业机械都已进入应用阶段。军事机器人替代作战人员进行侦察和攻击将极大避免人员伤亡,如察打一体无人机、便携战术侦察机器人都已在各国列装。深海、深空探测等极限作业机器人可以在极端环境下长期执行观测和作业任务,如火星探索者、月球车等。 

     

      机器人面临的十大挑战(图片来源:《Sciences Robotics》) 

      学科交叉融合、急需复合型人才 

      机器人研究是典型的交叉学科研究领域,因此,研究人员不仅在自己擅长的材料、机构、驱动、传感、控制、计算机、人工智能等具体方向上要有深厚的研究积累,对于其他相关学科研究也应具有一定深度的了解,而多学科的交叉融合、协作研究将极大促进智能机器人原创性成果形成。 

      此外,机器人的行业应用需要一批既了解机器人的优缺点又了解应用需求的项目管理人才,善于通过调整机器人系统、改进工艺、完善流程,使机器人的行业应用达到最佳效果。同时,一大批熟悉机器人使用和维护的高水平技术人员,对于保障工业机器人应用系统的正常运行也至关重要。 

      智能机器人是直接接触并改变物理世界的重要工具,其技术和产品的不断创新,必将彻底改变未来人类生活和工作的方方面面,而充满人类智能想象的科幻也将一步步由虚幻变为现实。 

     

    作者:

    王硕   永利科学院自动化研究所研究员,博士生导师

    (原载于《前沿科学》2019年第2期 

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