“科技的推動下，我們迎來了全新的仿生企業(yè)時代。而那些將人機能力完美結(jié)合的企業(yè)，不僅能夠打造卓越的客戶體驗和關(guān)系，實現(xiàn)更高效的運營，還能顯著提升創(chuàng)新速度。”這句話發(fā)表在近期波士頓咨詢一篇題為《仿生時代已來臨，企業(yè)準(zhǔn)備好了嗎？》的文章中。
 

 

　　智能重塑商業(yè)已成共識，而將仿生學(xué)與機器人領(lǐng)域應(yīng)用需求結(jié)合，是機器人發(fā)展的高級階段和必然趨勢，影響著人類未來的定位。既然仿生機器人那么重要，在我們看來，為什么仿生機器人的發(fā)展在中國仍是個遙遠(yuǎn)的存在？換句話說，為什么仿生機器人在中國沒有獲得足夠的關(guān)注？為什么中國資本沒有釋放出和仿生機器人價值匹配的熱情？

 

　　或許，要解答這一問題，可以從國人對仿生機器人“美到驚艷，但沒啥鳥用”的“刻板印象”講起。

 

　　在中國，人們談到仿生機器人，普遍會評價道“美到驚艷”“技能強大”等等，但隨后便是對仿生機器人應(yīng)用價值的質(zhì)疑。但仿生機器人真的是單純的為仿生而仿生嗎？答案必然是否定的！

 

 

　　仿生機器人是仿生學(xué)與機器人領(lǐng)域應(yīng)用需求結(jié)合的產(chǎn)物，根據(jù)仿生學(xué)原理，模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料以及功能等性能優(yōu)越的機電系統(tǒng)，它們往往是被用來專門針對特定任務(wù)而設(shè)計出來的。按照其工作環(huán)境可分為陸面仿生機器人、空中仿生機器人和水下仿生機器人三種，也有一些研究機構(gòu)研究出水陸兩棲、水空兩棲、路空兩棲等具有綜合用途的仿生機器人。

 

 

　　從機器人的角度來看，仿生機器人是機器人發(fā)展的高級階段，設(shè)計初衷在于能在各種復(fù)雜環(huán)境中代替甚至做到人類所不能。而為了實現(xiàn)這一功能，仿生機器人需要與那些優(yōu)質(zhì)的軟材料、生物或人工復(fù)制的生物功能進行交互。

 

　　有科學(xué)家推測，地球上曾經(jīng)出現(xiàn)過的99%的物種已經(jīng)滅絕。當(dāng)今世界存活的千萬種生物，則是經(jīng)過億萬年的適應(yīng)、進化、發(fā)展而來，這使得生物體的某些部位巧奪天工，生物特性趨于完美，具有最合理、最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)特點、靈活的運動特性、以及良好的適應(yīng)性和生存能力。而這些生物特性為機器人的設(shè)計提供了許多有益的參考。

 

　　仿生機器人具有生物和機器人的特點，可以從生物體上學(xué)習(xí)如自適應(yīng)性、魯棒性、運動多樣性和靈活性等一系列良好的性能，但同時又比動物好操控，可以精準(zhǔn)完成人類給出的指令。這兩種特性的結(jié)合，使得仿生機器人在反恐防爆、搶險救災(zāi)、水下作業(yè)、探索太空等不適合由人來承擔(dān)任務(wù)的環(huán)境中凸顯出良好的應(yīng)用前景。

 

　　例如，仿人機器人一定程度具有人的特征，具有移動、感知、操作、學(xué)習(xí)、聯(lián)想記憶、情感交流等功能，可以適應(yīng)人類的生活和工作環(huán)境；狗、壁虎、蜘蛛等仿生多足機器人具有良好的地形適應(yīng)能力；仿蛇形機器人由于其細(xì)長的形體結(jié)構(gòu)以及獨特的運動方式，能夠跨越窄溝和進入空洞，具有很強的環(huán)境適應(yīng)性和地面運動穩(wěn)定性，能夠在人類難以到達(dá)的未知環(huán)境中工作，可以廣泛應(yīng)用到科學(xué)探險、生命探尋等領(lǐng)域；青蛙、袋鼠、跳蚤、蝗蟲等仿生跳躍機器人具有高效的彈跳越障性，在星際探測、軍事偵察及生命救援等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的戰(zhàn)略意義。

 

　　除了“機器代人”進行危險作業(yè)這一功能，在人口老齡化日益嚴(yán)重的當(dāng)下，仿生機器人還多了一份民用價值。比如，日本為解決人口減少、超高齡化、“佛系”年輕人越來越多等社會問題，廣泛將機器人應(yīng)用在傳統(tǒng)制造業(yè)，以及勞動力嚴(yán)重不足的護理、醫(yī)療、基礎(chǔ)設(shè)施和災(zāi)難響應(yīng)等領(lǐng)域，包括家庭服務(wù)。

 

　　總的來說，仿生機器人并不是為仿生而仿生，和真實的生物相比，仿生機器人不僅具有生物的生理特質(zhì)，還可以根據(jù)人類的設(shè)定，精準(zhǔn)的去完成指定的任務(wù)。而在未來，仿生機器人不僅要適應(yīng)現(xiàn)有的基本要求，還要適應(yīng)未知的生存環(huán)境，越來越多地代替人類在人類無法工作的環(huán)境中工作。

 

　　自然界一直是人類產(chǎn)生各種發(fā)明創(chuàng)造靈感不可替代、取之不竭的源泉。人類最早進行了陸面仿生機器人的探索，如中國三國時期的木牛流馬以及國外的機械馬引；其次，進行了空中仿生機器人探索，最早模仿鳥類的飛行進行撲翼飛行器設(shè)計；最后，是水下仿生機器人的探索。在這個探索過程中，仿生機器人從最原始的仿形，發(fā)展為不僅追求生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料，同時具備生物的自我感知、自我控制等性能特性，更接近生物原型。

 

　　仿生機器人的早期研究主要以日美德等國的研究機構(gòu)為主，背后多是出于國防、外空探索等目的。1960年9月，第一次世界仿生學(xué)大會在美國俄亥俄州的空軍基地召開。此后幾十年中，世界各國競相展開仿生技術(shù)研究，新的仿生原理和仿生裝備不斷涌現(xiàn)。比如，早在20世紀(jì)60年代末日本早稻田大學(xué)首先展開了仿生機器人的研制方面的研究工作，其研制的WAP、WL以及WABOT系列機器人能實現(xiàn)基本行走功能；美籍華人鄭元芳博士1986年研制出了美國第一臺雙足步行機器人SD-l以及其改進版SD-2；加拿大麥吉爾大學(xué)、密執(zhí)安大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、卡內(nèi)梅隆大學(xué)等機構(gòu)在美國國防高級研究計劃局(DARPA)的資助下，研制“RHex”系列腿式機器人；19世紀(jì)80年代，美國航空航天局(NASA) 模仿青蛙的起跳方式，研制蛙形仿生跳躍機器人用于人空探索；2010年，德國宇航中心DLR研制具有21個自由度的手臂聯(lián)合系統(tǒng)“Hasy”機械手臂，是第一個采用仿生學(xué)關(guān)節(jié)進行手指設(shè)計的多指靈巧手，手指關(guān)節(jié)的運動模仿人手進行面接觸滑動而不是單純的轉(zhuǎn)動，使其運動特性與人類手指更加接近等等。

 

　　有市場需求，就有資本的加入。談及仿生機器人企業(yè)，繞不開的幾家參與者是早期入局的日本本田、以及兩家“網(wǎng)紅”機器人工程技術(shù)開發(fā)公司美國波士頓動力和德國FESTO。

 

　　日本本田：服務(wù)類仿生機器人

 

　　仿人機器人“ASMIO”是本田技研工業(yè)的明星產(chǎn)品。2000年，本田第一次向世界展示了自己的仿人形機器人“ASMIO2000”，不僅具有人的外觀，還可以事先預(yù)測下一個動作并提前改變重心，這一技術(shù)使其步行動作連續(xù)流暢，被視為第一個具有世界影響力的仿人形機器人。2011年發(fā)布的“ASIMO20ll”機器人，綜合了視覺和觸覺的物體識別技術(shù)，可進行細(xì)致作業(yè)，如拿起瓶子擰開瓶蓋，將瓶中液體注入柔軟紙杯等，還能依據(jù)人類的聲音、手勢等指令，來從事相應(yīng)動作，此外，還具備基本的記憶與辨識能力。
 

 

圖丨新版ASIMO

 

　　資料顯示，最新版本的ASIMO機器人，可以完成很多類似人類活動的工作。其最大的亮點在于手部活動的突破，每只手都擁有13個自由運動軸，已經(jīng)能夠成為一個合格的手語表演者。同時，本田還對ASIMO的下肢進行了改進，使其擁有更好平衡性，能夠更快、更平穩(wěn)的攀爬樓梯。本田曾表示，其最終目標(biāo)是讓ASMIO進入民眾家庭并承擔(dān)諸如幫忙照顧嬰兒、老人以及殘疾病人這樣日常工作，真正變成家里人的好幫手。

 

 

　　波士頓動力是這幾年頻頻登上熱搜的一家“網(wǎng)紅”機器人工程技術(shù)開發(fā)公司，成立27年，打造近10款機器人，包括用于軍事的機器人。

 

　　2005年，波士頓制作大狗機器人BigDog，負(fù)重40多公斤，能跨越障礙物，可以去到車輛到不了的復(fù)雜地形，能為士兵運送彈藥、食物等補給。2008年，仿大狗研制的“Bigdog”機器人具有環(huán)境感知和良好的適應(yīng)能力，平衡性良好，能更好的的為軍方運輸。
 

圖丨BigDog

 

　　2012年，繼Big Dog之后推出的一款新型四足機器人加強版大狗LS3（阿爾法狗）公開亮相。與 Big Dog相比，可負(fù)重181.4公斤，持續(xù)工作時間長達(dá)4小時，奔跑跳躍、跨越溝渠。
 

圖丨大狗LS3（阿爾法狗）

 

　　2013年，推出的“獵豹”機器人能夠沖刺（奔跑速度最高可達(dá)到46 km/h），急轉(zhuǎn)彎，并能急剎停止，與生物原型運動較接近，被視為當(dāng)時運動速度最快的仿生多足移動機器人。

 

　　除了仿生多足機器人，還研制了多款仿人機器人，包括用于美軍檢驗防護服性能的軍用機器人“Petman”。Petman除了能完成坐、跪、蹲、起立各種較高靈活度的動作，還能調(diào)控自身的體溫、濕度和排汗量來模擬人類生理學(xué)中的自我保護功能，一定程度上具有了人類的生理特性。
 

圖丨Petman

 

　　波士頓動力最近一次引起機器人界的轟動是在2019年9月24日，波士頓動力公司在網(wǎng)上公布了雙足機器人Atlas最新進展視頻。Atlas是波士頓動力2013年研制的一款仿人機器人，具備人類簡單的識別、判斷及決策功能，被認(rèn)為是當(dāng)時一款具有較高智能化的類人機器人。經(jīng)過幾年的完善，目前重達(dá)330磅（約148.5公斤）的Atlas“運動能力”了得，不僅有跑酷、后空翻等絕技，還掌握了一項新技能：體操。
 

圖丨Atlas展示“體操”新技能

 

　　同樣是2019年9月24日，波士頓動力還宣布其四足機器人spot正式開售，這也意味著spot機器人成為波士頓動力首款商用機器人。spot系列機器人是波士頓動力公司的四足機器人，包括spot和spotmini機器人，它們可以去任何指定的地方，避讓障礙物，在極端環(huán)境中保持平衡，運載14Kg的物品，也能在雨中、多塵和極端溫度（-25°c—45°c）的環(huán)境中工作，包括惡劣的工業(yè)場景，比如監(jiān)測建筑工地施工情況，以及對天氣、石油、電力設(shè)施以及公共安全進行遠(yuǎn)程檢查等。

 

　　據(jù)了解，波士頓動力目前洽談中的公司包括一些能源公司和太陽馬戲團等，前者可能將 Spot 用于檢查基礎(chǔ)設(shè)施，而后者可能將其培養(yǎng)成演員。

 

 

　　FESTO是德國一家起點與機器人毫無干系，有著90多年歷史的家族企業(yè)，是仿生機器人領(lǐng)域神奇的存在。在過去的十幾年里，F(xiàn)ESTO陸續(xù)推出海鷗、企鵝、蝴蝶、螞蟻、水母、蜻蜓、袋鼠等多款仿生機器人，可以說是開了家機電界的“動物園”。

 

　　2006年，F(xiàn)esto第一款仿生動物“Airacuda”仿生魚誕生。

 

　　2010年，F(xiàn)ESTO研制仿鳥撲翼飛行機器人“Smartbird”，將空中仿生機器人的研究推向新的階段。碳纖維材料以及柔性翅膀使其外表更像一個海鷗，質(zhì)量僅為450g，多桿聯(lián)動的精巧結(jié)構(gòu)傳動設(shè)計實現(xiàn)了類似海鷗飛行的翅膀折疊撲動運動，且能根據(jù)需要改變撲翼的角度，極大的提高飛行效率。這款機器人可以用于航拍、隱蔽偵查、影視道具、教育娛樂等多個領(lǐng)域。
 

 

圖丨飛行機器人Smartbird

 

　　此外，F(xiàn)ESTO研制了全球第一個能夠模擬飛行狀態(tài)的仿生蜻蜓機器人“BionicOpter”。

 

　　2013年，F(xiàn)ESTO研制成功仿生袋鼠跳躍機器人“BionicKangaroo”，具有高跳躍高度、距離以及起跳和落地的穩(wěn)定性。模仿袋鼠的后腿設(shè)計彈跳結(jié)構(gòu)，同時通過尾部擺動增強跳躍及落地過程的穩(wěn)定性，能實現(xiàn)高效穩(wěn)定的連續(xù)跳躍。
 

 

圖丨跳躍機器人“BionicKangaroo”

 

　　2018年，F(xiàn)ESTO發(fā)布仿海扁蟲機器魚“BionicFinWave”，以柔軟的矽膠（Silicone）代替烏賊肉鰭，通過波浪狀拍動推動身軀，并且能實現(xiàn)往上、下方游動的控制。而且由于材料柔軟，使它能夠在狹小的管道內(nèi)也能暢游無阻。
 

圖丨仿海扁蟲機器魚BionicFinWave在模擬工作

 

　　德國的仿生機器人一直走在前端，2019年進博會展覽上的網(wǎng)紅機器男孩“Roboy”也來自德國，它的骨骼、肌肉模擬人體用3D打印完成，具有一套發(fā)達(dá)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能聽、能看，會聊天，會害羞。

 

　　中國：待墾荒

 

　　中國近現(xiàn)代的仿生研究起步較晚，經(jīng)歷了跟蹤國外研究、模仿國外成果到局部領(lǐng)域齊頭并進三個階段，并且仍處在以國家自然科學(xué)基金委員會（簡稱NSFC）資助推動為主的研究機構(gòu)實驗室測試階段。

 

　　以仿人機器人為例，2000年國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的“先行者”是我國第一臺仿人型機器人，隨后，北京理工大學(xué)研制“BHR”、哈爾濱工業(yè)大學(xué)“HIT”、清華大學(xué)“THBIP”等逐漸可以實現(xiàn)平地行走、上下臺階、點頭等簡單的動作。2011年，北京理工大學(xué)研制的“匯童5”具有視覺、語音對話、力覺、平衡覺等功能，突破了高速視覺的靈巧動作控制、全身協(xié)調(diào)自主反應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)。浙江大學(xué)通過軌跡預(yù)判的方法提高了機器人對復(fù)雜情況的處理能力，實現(xiàn)了機器人對復(fù)雜情況的處理能力，實現(xiàn)了機器人打乒乓球的動作。此外，上海交通大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)在仿人手臂和靈巧手指方面取得了不錯的進展。
 

圖丨“絕影”機器狗
 

圖丨“赤兔”機器人

 

　　在其他仿生機器人研究方面，浙江大學(xué)的“絕影”機器狗和“赤兔”機器人、山東大學(xué)四足機器人、南京航空航天大學(xué)仿壁虎機器人、哈爾濱工程大學(xué)兩棲仿生機器人、中國科學(xué)院沈陽自動化所仿蛇機器人、西北工業(yè)大學(xué)仿袋鼠彈跳機器人、北京航空航天大學(xué)仿昆蟲和機械魚等均在各自領(lǐng)域取得了不錯進展?？偟膩砜?，仿生機器人在高校中的發(fā)展，“國防七子”仍是中流砥柱。
 

圖丨Vincross仿蜘蛛型智能機器人HEXA
 

圖丨鋼鐵俠科技雙足大仿人機器人

 

　　中國有企業(yè)入局仿生機器人研究及應(yīng)用推廣嗎？有。中國兵器裝備集團的“中國大狗”仿生四足機器人，中國航天科工三院35所的海底管道漏磁內(nèi)檢測器（蛇形機器人），宇樹科技的萊卡狗，優(yōu)必選的四足機器人，Vincross人工智能科技公司的HEXA（仿蜘蛛型智能機器人），柯馬Rebel-S水平四軸多關(guān)節(jié)機器人，鋼鐵俠科技的雙足大仿人機器人等。

 

　　但這些在國內(nèi)排在前列的企業(yè)，在放到國際仿生機器人的平臺上較量時，無論從研究的深度還是規(guī)模，都還屬于謹(jǐn)慎的嘗試。

 

　　正如前文所言，仿生機器人是機器人發(fā)展的高級階段和必然趨勢，而且已經(jīng)不再是只停留在研究機構(gòu)的實驗室測試，也有大的企業(yè)在推動落地。那為什么中國市場沒有釋放出與仿生機器人價值匹配的熱情？

 

　　從技術(shù)的成熟度來看。學(xué)界認(rèn)為，剛?cè)峄旌?，結(jié)構(gòu)、材料、驅(qū)動一體化，神經(jīng)元精細(xì)控制，高效能量轉(zhuǎn)換的類生命系統(tǒng)是仿生機器人發(fā)展的方向。在運動方面，生物剛?cè)岵慕Y(jié)構(gòu)使其具有靈活性、高效性和輕量化等特點，增強了運動的性能和環(huán)境適應(yīng)能力。而現(xiàn)在的研究還存在著生物運動機理研究不深，結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料應(yīng)用、驅(qū)動及控制方式大多較為傳統(tǒng)，能量利用率低等問題，這使得仿生機器人從宏觀到微觀與生物都存在較大差異，“形似而神不似”，遠(yuǎn)未達(dá)到實際應(yīng)用程度。

 

　　從落地的賽道來看。任何行業(yè)要得到長足發(fā)展，都離不開“以需求為導(dǎo)向”。研究機構(gòu)認(rèn)為，軍用、工業(yè)、養(yǎng)老是仿生機器人的三大重要應(yīng)用場景。但目前國內(nèi)商業(yè)化企業(yè)對于仿生機器人的重要賽道仍沒有明確的布局，反而更傾向于變現(xiàn)快的娛樂、教育類機器人的研發(fā)。播報天氣、網(wǎng)購下單、陪聊、跳舞……目前市場上仿生機器人的智商也大多止步于此，無法提供具有創(chuàng)新意義的服務(wù)。像國內(nèi)人形機器人的代表優(yōu)必選，甚至關(guān)注提升機器人的舞蹈技能高于機器人的思考能力。當(dāng)然，就目前來看，優(yōu)必選也確實是為數(shù)不多的實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)變現(xiàn)的仿生機器人企業(yè)。但長遠(yuǎn)來看，“人形”機器人這股熱潮總會涼下來，用戶交夠“智商稅”后，最終還是會回歸理性，去關(guān)注那些能夠真正改變生活的行業(yè)應(yīng)用。
 

 

圖丨優(yōu)必選機器人

 

　　從市場接受度和商業(yè)模式來看。目前仿生機器人應(yīng)用性不強，價格不菲，這也導(dǎo)致低量的市場接受度，以及困難的商業(yè)變現(xiàn)探索，包括Asimo、NAO、Pepper、Atlas等。軟銀旗下開發(fā)和銷售Pepper的軟銀機器人控股公司早在2017年3月負(fù)債已經(jīng)超出資產(chǎn)314億日元（約合18.8億人民幣）；仿生“動物園”FESTO頻出新發(fā)明，但卻很少進行后續(xù)應(yīng)用的推進，被網(wǎng)友戲稱“美到驚艷，卻并不知道有啥鳥用”；即便是不時就會爆紅網(wǎng)絡(luò)并且有軍方支持的波士頓動力，也因為變現(xiàn)難，在2017年被谷歌母公司Alphabet出售給軟銀公司。最近兩年，波士頓動力在變現(xiàn)方面做了很多努力，而spot機器人作為波士頓動力首款商用機器人，接下來的成敗也將解答很多關(guān)于機器人未來的事情。

 

　　資本在投入之前，會預(yù)判產(chǎn)出。大財團都沒有玩好的“游戲”，圍觀者們便更不敢入局了。在技術(shù)沒有成熟，商業(yè)化道路上的難題沒有得到解決前，仿生機器人更多仍將停留在政府支持的實驗室階段。在資本眼里，目前還處在市場教育階段的仿生機器人，作為“新鮮玩意”可以保持關(guān)注，但還不到出手的時候。因為這筆“智商稅”，用戶還沒有準(zhǔn)備好去繳。

 

　　從小眾走向大眾，從概念走向應(yīng)用，仿生機器人的發(fā)展還有很多未知，但長期的未來，機器人若想實現(xiàn)向更多場景的延伸并承擔(dān)起更多元化的任務(wù)，仿生是繞不開的話題。尤其是在該行業(yè)出現(xiàn)“小米”一樣的成本殺手入場后，仿生機器人自然會成為機器人發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，成為改造人類生活和認(rèn)知的工具。