当前,机器人的股票市场一片红火,机器人的概念也变得高端大气上档次,而各种各样神秘、智能的特种机器人更是成为人们对于高科技的幻想。然而,人们在惊叹于无所不能的特种机器人时,其市场应用的种种瓶颈问题也随之而来。特种机器人存在的瓶颈障碍不容忽视。
行业:特种机器人市场火热
根据释义,特种机器人是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种机器人总称。按照服务范围和用途的不同,特种机器人可以分为民用和军用两大类。其中民用机器人又可分为:家务机器人、医用机器人、娱乐机器人、机器人化机器等。军用机器人又可分为:排爆机器人、侦察机器人、战场机器人、扫雷机器人、空中机器人、水下机器人,有些分支发展很快,如空中机器人,即无人机,广泛地应用于现代战争中。
总之,特种机器人悲观以无限的想象和高科技化。上天、下地、入水,无处不可去,无所不能为,堪称神勇的排头兵。
相较于常规的工业机器人,特种机器人具备以下几个特征。
首先,它的工作环境具有复杂性和多样性。如果把常规的工业机器人比作坐在办公室上班的白领,那么特种机器人就好比餐风露宿、出现在各种户外场合的建筑工人。各种艰苦的、人类所不能企及的环境都会研发出响应的机器人,这是机器人存在的意义,也是特种机器人与生俱来的使命。
其次,它更强调感知、思维和复杂行动能力,比一般意义上的机器人需要更大的灵活性、机动性,具有更强的感知能力、决策能力、反应能力以及行动能力。特种机器人从外观上也远远脱离了最初工业机器人所具有的形状。
最后,特种机器人的延伸性更强。未来更多新兴领域将会出现特种机器人的身影,同时,特种机器人将会带动更多学科的发展。
产品:特种机器人“武功高强”
目前,特种机器人的种类繁多,其中,部分突出的应用更体现了特种机器人的“武功高强”。
上天机器人——
自从人类的探知行为逐渐从陆地飞上高空,对太空资源的探索和开发变得格外引人关注。而这一切,不仅有赖于航天事业的发展,也催生了特种机器人在天上的作为。
前不久,美国一家杂志报道,美国国防高级研究计划局计划在2016年实施一项名为“凤凰”的计划,让一个自主飞行的机器人飞行器从废弃飞行器轨道上运行的退役飞行器上卸下天线,然后重新安装新的通信系统,重建具有使用功能的地球静止轨道通信卫星。可以预想的是,未来,这种让机器人在外太空进行维修、装卸、探测乃至更多活动都会变得越来越普遍。
入地机器人——
恐怖片中,幽暗、神秘、复杂的地下环境往往令人不寒而栗,而这些地方通常都会出现难以预料的危险,一旦有需要,特种机器人将会钻入地底下,完成巡查、排爆、侦查、探测等艰巨任务。
下水机器人——
目前,水下机器人已经成为海洋资源开发和深水侦测、搜救的热点。水下特种机器人拥有人类无法企及的优势。
今年4月,韩国“岁月”号客轮失事后,韩国海洋科学技术院研发的“螃蟹机器人”被运至临近事发海域的全罗南道珍岛郡彭木港,该机器人在接受最后的检查后被投入到搜救工作中。“螃蟹机器人”是世界上最大、潜水最深的水下行走机器人。该机器人高2米,长宽分别为2.45米和2.42米,重达600公斤,外形类似螃蟹,因此也被称为“螃蟹机器人”。该机器人可利用“6条腿”在海底行走,可应付时速达3.7公里的海底暗流。它的潜水深度可达200米,可通过超声波摄像头在水中进行拍摄,即使在浑浊的水中也能拍摄到前方15米之内的景象。此外,通过远程操作,机器人还能提起水中的物体。
目前,水下机器人仍然存在着众多关键技术难关需要攻克,如在海洋中,机器人上的每一个部件都必须承受住巨大的压力而不变形、不破坏;在高压环境中,耐高水压的动态密封结构和技术也是水下机器人的一项关键技术;如何利用新的信息技术处理技术研制出精度更高、误码率更低、作用距离更大的水声设备;水下机器人的回收,尤其是深海区的回收更加艰难。
医疗机器人——
在患者身体开一道几厘米的口子,出血不到100毫升,两个小时内就能成功完成一台微创心脏手术,并且是在心脏不停跳的前提下完成。这在几年前足以堪称是不可思议的奇迹,但在高科技化的当今却已成为现实。是特种医疗机器人技术让医生突破了人手人眼的局限,通过机器人手术,患者的创伤可以实现最小化,手术精准程度也提升到了全新的高度。
未来,特种医疗机器人将会以微创手术的方式,被越来越多地应用于心外科等外科微创手术,被全球医院争相采用。
技术:核心关键技术仍需公关
从全球市场来看,特种机器人的应用需求旺盛,发达国家的特种机器人技术已经形成相对成熟和完善的体系,无论是机器人的产品特性、外观设计还是整体智能化设计都远远超过中国。
以地震救灾特种机器人为例,日本和美国拥有较大话语权。
从整体技术上而言,我国的特种机器人主要瓶颈障碍在于核心关键技术。
1)遥控及监控技术。机器人高水平的半自治功能;多机器人和操作者之间的协调控制;通过网络建立大范围内的机器人遥控系统;对有时延的环境,克服时延所造成的控制上的困难;通过事先对可能出现的情况及对策的详细研究,进行局部自治控制等。
2)人机接口。近几年来,在包括虚拟环境的人机接口方面的研究工作非常活跃,开发出各式各样的输入和输出装置,如三维鼠标、数据手套、快门眼镜、头盔等,各种具有更好性能的临感方法相继被提出来,如具有类似人的大小的手、臂和双眼视觉系统等。利用临境技术建立机器人工作环境,让操作者身临其境地进行操作。目前在利用多种传感器的信息动态实时地建立环境方面,有很多问题有待研究。
3)多传感器系统。基于多传感器信息的获取、融合、理解、处理和控制技术将是在未知环境中实现具有高度灵活性及高鲁棒性行为的机器人的关键。
4)导航和定位问题。对移动式机器人来说,导航和定位是两个重要的问题。对陆上机器人来说,里程计、方向陀螺等都比较成熟;对水下短程机器人来说,定位可以利用短基线、超短基线或长基线,而用GPS来标定,导航可采用基于方向陀螺和多普勒测速组成递推算法,并按测定的位置定时校正;对水下大航程机器人来说,目前还没有好的方法。由于长距离的水下通信问题没有解决,而海底图匹配、海底图的地理特征很难确定,试验过的方法很多,如地貌匹配、重力场、重力梯度场等都不理想,而且代价太大,目前从理论上还没有好办法。完全未知空间环境探测机器人定位也是正在探索的问题.
5)机器智能。特种机器人大多对其智能程度有更高的期望,满足其在未知或部分未知环境中自主作业的需要。特种机器人的智能可以体现在其工作的各个方面,包括诸如对环境的感知、信息的处理、行为决策、与人环境的协调和自学习等。传统的符号推理系统、模糊逻辑、神经网络、遗传算法等都是人们在实现人工智能方面的努力。这方面的研究还远没有达到人类期望的目标。
6)虚拟机器人技术。许多特种机器人,在用于空间、水下、地面、地下、农业和食品加工、消防和救援、医疗和护理、休闲和娱乐等时,遥控不失为一种主要手段。基于多传感器、多媒体和虚拟现实、临场感的虚拟遥操作和人机交互,将成为共同需要发展的一项技术。
7)网络机器人技术。通讯网络技术的发展完全能够将各种机器人连接到计算机通讯网络上,并通过网络对机器人进行有效的控制。其中包括网络接口装置、众多信息组的压缩与解压方法及传输方法研究。
8)多智能体协调控制技术。包括用于实现决策和操作自主的有多智能体组成的群体行为控制技术。微型和微小机器人技术包括微机构、微传感及相应的微系统集成技术等。软机器人技术主要研究在未来众多的人与机器人共存的环境中,机器人对人的安全保护性技术。
除此之外,产业配套,人才也是制约我国机器人企业发展的一大瓶颈。
总之,未来,我国的特种机器人制造需要从深度化的研发工作开始,逐渐缩小与国外技术水平的差距。