2015世界機(jī)器人大會25日在北京落下帷幕。
國家主席習(xí)近平在給大會開幕的賀信中表示，隨著信息化、工業(yè)化不斷融合，以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，成為現(xiàn)時代科技創(chuàng)新的一個重要標(biāo)志。中國將機(jī)器人和智能制造納入了國家科技創(chuàng)新的優(yōu)先重點領(lǐng)域。
當(dāng)前，機(jī)器人被認(rèn)為是影響人類生產(chǎn)和生活的四大技術(shù)之一， 2015年世界十大技術(shù)之一。全球很多國家將機(jī)器人作為國家計劃進(jìn)行重點規(guī)劃和部署。美國發(fā)布了機(jī)器人發(fā)展路線報告，將現(xiàn)在的機(jī)器人與20世紀(jì)的互聯(lián)網(wǎng)放在重要的地位；歐盟啟動了全球最大民用機(jī)器人研發(fā)計劃——“SPARC”，計劃到2020年投入28億歐元，創(chuàng)造24萬個就業(yè)崗位；日本將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作為“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”中七大重點扶持的產(chǎn)業(yè)之一；韓國制定了“智能機(jī)器人基本計劃”，并發(fā)布了“機(jī)器人未來戰(zhàn)略展望2022”。
據(jù)中國科學(xué)院等機(jī)構(gòu)分析，當(dāng)前，全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聚焦工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人三大領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最為迅速，美德中日韓五國工業(yè)機(jī)器人銷量占全球7成；農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要處理復(fù)雜的地理和天氣因素，歐美和日本等國研究機(jī)構(gòu)正在致力提升智能化水平；
歐美和日本的醫(yī)療機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腦神經(jīng)、前列腺，心臟病、脊柱及微創(chuàng)介入等外科手術(shù)中，發(fā)達(dá)國家手術(shù)機(jī)器人年增長率40%以上。據(jù)預(yù)測，未來五年，全球機(jī)器人年均增長25%以上。
五國工業(yè)機(jī)器人銷量占全球七成
據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會統(tǒng)計， 雖然經(jīng)過近幾年兩位數(shù)的高速增長，2014年全世界工業(yè)機(jī)器人的總銷售量也只有22.9萬臺，其中我國的銷量為5.7萬臺。中國國每1萬個工人擁有的機(jī)器人只有36臺，比韓國（478臺）、日本（374臺）、德國（292臺）和美國（164臺）少很多。
記者綜合國內(nèi)外多家機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球工業(yè)機(jī)器人本體市場以中國、歐盟地區(qū)、美國和日本為主。日本、美國、德國、韓國和中國五國存量占全球比例達(dá)71.24%，銷量達(dá)69.92%。2017年中國工業(yè)機(jī)器人市場容量是2012年四倍，未來5年行業(yè)年復(fù)合增長率超過30%。未來五年全球工業(yè)機(jī)器人年均增長25%。
中國科學(xué)院的最新報告指出，當(dāng)今的工業(yè)機(jī)器人仍難于使用，而中國制造業(yè)尤其是中小企業(yè)又缺乏熟練使用工業(yè)機(jī)器人的員工，有些甚至出現(xiàn)了“買的起，不會用”的局面。正因如此，國際機(jī)器人聯(lián)合會在2015年的年報中也將能夠簡化工業(yè)機(jī)器人使用的技術(shù)列為未來幾年的重點發(fā)展方向。
工業(yè)機(jī)器人作為自動化技術(shù)的集大成者，一直被譽(yù)為自動化領(lǐng)域“皇冠上的明珠”。據(jù)中國工程院院士王天然介紹，工業(yè)機(jī)器人自誕生以來實現(xiàn)廣泛發(fā)展，而且還在向其他領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移，派生出新的領(lǐng)域，如服務(wù)機(jī)器人等。
特別是在緩解勞動力不足等問題上，工業(yè)機(jī)器人所發(fā)揮的作用越來越大。以日本為例，王天然說，20世紀(jì)70年代至90年代，日本經(jīng)濟(jì)高速增長，勞動力嚴(yán)重短缺，用了20年時間變成機(jī)器人第一大國，而且變成制造強(qiáng)國。進(jìn)入90年代，亞洲經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，該區(qū)域工業(yè)機(jī)器人需求量增幅全球最高。目前全球?qū)I(yè)機(jī)器人的需求仍然很廣泛，按照工作崗位算，工業(yè)機(jī)器人只占5.63％。
王天然說，目前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在汽車整車及零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力等領(lǐng)域有了較好的應(yīng)用，而且機(jī)器人技術(shù)仍在不斷提升發(fā)展，主要是兩個方向：一是在機(jī)器人操作能力上追求完美，提升其速度、精度、適應(yīng)性，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域；二是在機(jī)器人智能化、網(wǎng)絡(luò)化上不斷努力，提高機(jī)器與人的交互能力。
有統(tǒng)計顯示，從1990年到2000年，工業(yè)機(jī)器人定位精度提高了61％，平均無故障時間增加了137％，價格差不多降了一半。據(jù)日本預(yù)測，到2030年，機(jī)器人重復(fù)定位精度將會翻一番，絕對定位精度將提高一個數(shù)量級。
目前，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域正在擴(kuò)大。據(jù)了解，日本在人形機(jī)器人研發(fā)方面正在取得一些突破。日本大阪大學(xué)國際電信基礎(chǔ)技術(shù)研究所高級研究員西尾修一說，這種機(jī)器人看起來和人形差不多，可由操作員進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)機(jī)器人與用戶之間的自如交流。
根據(jù)中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所楊桂林的研究，隨著信息技術(shù)，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、感知技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，世界工業(yè)機(jī)器人運用技術(shù)也在不斷地更新，呈現(xiàn)出五大趨勢，網(wǎng)絡(luò)化特征增強(qiáng)，群體作業(yè)能力增強(qiáng)，對半結(jié)構(gòu)化作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能力增強(qiáng)，虛實融和能力增強(qiáng)，模塊化應(yīng)用程序增多。
相關(guān)研究指出，雖然我國從2013年開始就成為了工業(yè)機(jī)器人銷量最大的國家，并出現(xiàn)了大規(guī)模投資機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的熱潮，然而國內(nèi)大多數(shù)的企業(yè)尤其是中小型企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用上仍處于較低的水平，難于有效發(fā)揮機(jī)器人的功用。因此，國家相關(guān)部門應(yīng)從資源配置和政策扶持兩個層面大力推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人運用技術(shù)的研發(fā)，從而降低工業(yè)機(jī)器人的使用難度、增強(qiáng)其技術(shù)性能，拓展其應(yīng)用范圍，早日解決我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的瓶頸問題。
農(nóng)業(yè)機(jī)器人智能化水平提升成難點
最近，由悉尼大學(xué)Sukkarieh教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊開發(fā)出瓢蟲農(nóng)場機(jī)器人。該機(jī)器人首次實地作業(yè)，在新南威爾士州一片種植洋蔥，甜菜和菠蘿的農(nóng)場上進(jìn)行。Sukkarieh教授稱，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動化驅(qū)動，在每列田地間自如運作。收集感應(yīng)器數(shù)據(jù)，包括激光，攝像頭，高光譜鏡頭等，通過提供有價值的信息幫助種植者們了解他們農(nóng)場的作物狀態(tài)。
據(jù)了解，隨著近年來國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究與開發(fā)的重視，目前已研發(fā)出多種農(nóng)業(yè)機(jī)器人。根據(jù)解決問題的側(cè)重點不同，農(nóng)業(yè)機(jī)器人大致可以分為兩類：一類是行走系列農(nóng)業(yè)機(jī)器人，主要用于在大面積農(nóng)田中進(jìn)行作業(yè)；另一類機(jī)械手系列機(jī)器，主要用于在溫室或植物工場中進(jìn)行作業(yè)。
日本是農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究最早、同時也是市場發(fā)育最為成熟的國家之一。目前，日本已研制出育苗機(jī)器人、扦插機(jī)器人、嫁接機(jī)器人、番茄采摘機(jī)器人、葡萄采摘機(jī)器人、黃瓜采摘機(jī)器人、農(nóng)藥噴灑機(jī)器人、施肥機(jī)器人和移栽機(jī)器人等多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，在理論與應(yīng)用方面都居世界前列。
同日本比，由于領(lǐng)土廣闊及自身先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，美國研究的重點在于行走式農(nóng)業(yè)機(jī)器人，在理論與技術(shù)上都比較成熟。典型代表是美國新荷蘭農(nóng)業(yè)機(jī)械公司發(fā)明的多用途自動化聯(lián)合收割機(jī)器人，很適合在美國一些專屬農(nóng)墾區(qū)的大片規(guī)劃整齊的農(nóng)田里收割莊稼。
其他國家農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究與應(yīng)用方面比較有代表性的有：澳大利亞發(fā)明的牧羊犬機(jī)器人，它能在農(nóng)場上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的放牧勞力；德國農(nóng)業(yè)專家采用計算機(jī)、全球定位系統(tǒng)（GPS）和靈巧的多用途拖拉機(jī)綜合技術(shù)，研制出可準(zhǔn)確施用除草劑的除草機(jī)器人，法國發(fā)明的專門服務(wù)于葡萄園的機(jī)器人幾乎能代替種植園工人的所有工作，包括修剪藤蔓、剪除嫩芽、監(jiān)控土壤和藤蔓的健康狀況等；西班牙發(fā)明的采摘柑橘機(jī)器人，能夠依托機(jī)器視覺技術(shù)從桔子的顏色、大小判斷出是否成熟并控制機(jī)械手進(jìn)行采摘；英國西爾索研究所開發(fā)的采蘑菇機(jī)器人可以確定哪些蘑菇可以采摘以及屬于哪種等級，然后測出其高度以便進(jìn)行采摘；法國研制的分揀機(jī)器人能在潮濕骯臟的環(huán)境里工作，把大個番茄和小粒櫻桃加以區(qū)別，然后進(jìn)行分裝
與國外相比，中國國農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究與開發(fā)方面尚處于起步階段。目前我國已開發(fā)出的農(nóng)業(yè)機(jī)器人有：耕耘機(jī)器人、除草機(jī)器人、施肥機(jī)器人、噴藥機(jī)器人、蔬菜嫁接機(jī)器人、收割機(jī)器人、采摘機(jī)器人等。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的摘黃瓜機(jī)器人利用多傳感器融合技術(shù)，對采摘對象的成熟度進(jìn)行判別，并確定收貨目標(biāo)，引導(dǎo)機(jī)械手來抓取黃瓜，再用刀片切割瓜藤；嫁接機(jī)器人實現(xiàn)了營養(yǎng)缽苗的供苗、切苗、嫁接和排苗的自動化作業(yè)，可廣泛用于黃瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接；北京農(nóng)林科學(xué)院研發(fā)的草莓采摘機(jī)器人可以自主搜索、識別和采摘成熟草莓果實，不僅可為草莓采摘降低人工成本，還可減輕工作強(qiáng)度。
中科院合肥智能機(jī)械研究所的研究報告稱，雖然農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究已取得很大進(jìn)展，但目前農(nóng)業(yè)機(jī)器人距實用普及還有很長一段距離。推廣與普及的主要瓶頸有兩點：一是農(nóng)業(yè)機(jī)器人制造成本問題，二是農(nóng)業(yè)機(jī)器人智能化程度問題。
目前研制出來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人大都只針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)某一環(huán)節(jié)的某一項作業(yè)而言，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特征之一是季節(jié)性強(qiáng)，造成了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用效率低，間接地增加了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本。其性價比不能滿足市場的需要，成為制約農(nóng)業(yè)機(jī)器人商業(yè)化和進(jìn)一步研究應(yīng)用的瓶頸問題。比如采摘機(jī)器人，由于草莓、黃瓜等經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)的季節(jié)性，如果采摘機(jī)器人只能用于一種農(nóng)作物的采摘，那么該機(jī)器人一年工作的時間有限。由于只有當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)成本低于人工收獲成本時，農(nóng)業(yè)機(jī)器人才能得到推廣，這無疑對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本控制提出了較高的要求。
同工業(yè)機(jī)器人或者其他領(lǐng)域機(jī)器人相比，農(nóng)業(yè)機(jī)器人工作環(huán)境多變，以非結(jié)構(gòu)環(huán)境為主，工作任務(wù)具有極大的挑戰(zhàn)性。因此，一般而言，農(nóng)業(yè)機(jī)器人對智能化程度的要求要遠(yuǎn)高于其他領(lǐng)域機(jī)器人?，F(xiàn)階段歐美等國的農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的專家紛紛把研究重心從機(jī)械部分轉(zhuǎn)向機(jī)器視覺、人工智能方面，力圖解決農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能問題。
發(fā)達(dá)國家手術(shù)機(jī)器人年增長率40%以上
最近，在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院2號樓8號手術(shù)室，院長蔡秀軍教授坐在一個“臺式游戲機(jī)”前，他一邊貼近操作臺上的3D望遠(yuǎn)鏡，一邊上下左右推動著握桿，操縱著形似八爪魚的機(jī)械手臂。
這樣一個“臺式游戲機(jī)”+“八爪魚”的組合，就是“達(dá)·芬奇”機(jī)器人。本月它正式落戶邵逸夫醫(yī)院，并已順利完成了4例手術(shù)。
《現(xiàn)代醫(yī)療》雜志報道稱，“達(dá)芬奇”手術(shù)機(jī)器人是世界范圍應(yīng)用廣泛的一種智能化手術(shù)平臺，適合普外科、泌尿外科、心血管外科、胸外科、婦科、五官科和小兒外科等微創(chuàng)手術(shù)。在世界范圍內(nèi)，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)累計銷售3000多臺，為超過250萬患者成功實施微創(chuàng)手術(shù)。
據(jù)了解，全球醫(yī)療機(jī)器人主要發(fā)展手術(shù)機(jī)器人、功能康復(fù)與輔助機(jī)器人等。
自20多年前首次報道機(jī)器人技術(shù)用于外科手術(shù)以來，醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)和介入手術(shù)過程中。據(jù)統(tǒng)計近三年，發(fā)達(dá)國家的醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用數(shù)量年增長率為40%以上。
目前，外科手術(shù)機(jī)器人在外科醫(yī)生的操控下協(xié)助完成手術(shù)過程。通常情況下，外科醫(yī)生利用一個遠(yuǎn)程手術(shù)場景，操縱一個主輸入裝置根據(jù)手術(shù)要求發(fā)出手術(shù)操作指令，置于病人床邊的手術(shù)機(jī)器人接收到手術(shù)指令后，按照外科醫(yī)生輸入的命令執(zhí)行相應(yīng)的手術(shù)操作。相比傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)，外科手術(shù)機(jī)器人可以讓外科醫(yī)生提高體內(nèi)操作靈巧性，超越人類手術(shù)動作距離的局限，實現(xiàn)更微小的手術(shù)動作，完成更精準(zhǔn)的手術(shù)操作。
近年來，隨著生機(jī)電交互、智能控制及機(jī)器人等技術(shù)的不斷發(fā)展，功能康復(fù)與輔助機(jī)器人在國際上已經(jīng)逐步成為臨床康復(fù)治療的重要技術(shù)手段之一，并催生了一批新型康復(fù)機(jī)器人技術(shù)及系統(tǒng)。
美國麻省理工學(xué)院研制了上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)（MIT-MANUS）。利用一系列視頻游戲，MIT-MANUS可以實現(xiàn)腦中風(fēng)患者手臂肩關(guān)節(jié)及肘關(guān)節(jié)功能康復(fù)。隨后，他們又進(jìn)一步擴(kuò)展MIT-MANUS的功能，開發(fā)了不同版本的上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，例如：三自由度的腕關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人及手部功能康復(fù)機(jī)器人。
下肢功能康復(fù)機(jī)器人的典型產(chǎn)品是由瑞士醫(yī)療器械公司與瑞士蘇黎世大學(xué)合作推出的洛克馬（LOKOMAT）。它是第一臺通過外骨骼式下肢步態(tài)矯正驅(qū)動裝置輔助，用于有步態(tài)障礙的神經(jīng)科病人進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練，例如：腦卒中、脊髓損傷、腦外傷等。另外，美國姆特瑞卡（Motorika）公司研制的下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)（REO）可通過大量重復(fù)性訓(xùn)練，誘導(dǎo)患者形成正確步態(tài)。
“需要指出的是，這些肢體功能康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)在臨床應(yīng)用中取得了一定的效果，但存在操作復(fù)雜、價格昂貴、缺乏主動康復(fù)功能等問題，因此，這些康復(fù)機(jī)器人在我國的臨床康復(fù)中應(yīng)用比較少。”中科院有關(guān)研究人員指出。
近幾年，國內(nèi)外外骨骼機(jī)器人研究取得令人矚目的發(fā)展，部分外骨骼機(jī)器人已經(jīng)開始進(jìn)入實際應(yīng)用階段。日本筑波大學(xué)Cybernics實驗室研制了系列穿戴型助力機(jī)器人系統(tǒng)（HAL），幫助老年人和下肢殘障者完成正常步行運動。以色列埃爾格醫(yī)學(xué)技術(shù)（Argo Medical Technologies）公司研究了一套下肢助動外骨骼（ReWalk），它由電動腿部支架、身體感應(yīng)器和一個背包組成，并需要一副拐杖幫助維持身體平衡，它可幫助下身麻痹患者站立、行走和爬樓梯。與此同時，我國一些科研機(jī)構(gòu)與大學(xué)也相繼開展了輔助外骨骼機(jī)器人的研發(fā)工作，取得了一些技術(shù)上的突破。
中國科學(xué)院的研究報告指出，隨著殘疾人和老年人口不斷增加，依靠科技創(chuàng)新來保障和改善他們的健康已經(jīng)成為當(dāng)前許多國家的戰(zhàn)略需求。研究和開發(fā)先進(jìn)的功能康復(fù)機(jī)器人，實現(xiàn)功能障礙或缺失患者功能補(bǔ)償與功能重建，對推動關(guān)乎我國重大民生問題的老年健康服務(wù)與助殘公益事業(yè)發(fā)展具有十分重要的社會意義。
