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【前沿科學】三足鼎立不會遙遠、細分領域開發提速--從機器人市場應用看産業結構

  • 发表日期:2019-07-26 【 【打印】【關閉】
  •   從英國小說家瑪麗·雪萊的"弗蘭肯斯坦"到捷克科幻文學家卡雷爾·恰佩克的"羅素姆萬能機器人",從《星球大戰》的"阿圖"到《終結者》的"液態機器人T1000",機器人一直帶給與人們無限的遐想。而看似漫無邊際的暢想、遙不可及的科幻,其思想和理論的種子已在一點一點萌發。 

      我國對于智能機器人的研究和應用一直以前瞻性視野給予高度重視。國家在1986 年,就把智能機器人列爲"國家高技術發展計劃"自動化領域的兩個主題之一。科技部最新發布的重點研發計劃中,智能機器人重點專項也是位列其中。 

      邊界持續拓展、內涵不斷豐富 

      在國際標准ISO 8373 中,機器人的定義爲"具有兩個或兩個以上可編程軸,以及一定程度的自主能力,可在其環境內運動以執行預期任務的執行機構"。而機器人按照預期用途可以分爲工業機器人和服務機器人。國際機器人聯盟(IFR)也采用了類似的機器人分類。與國際上略有不同,我國傳統上按工業機器人、服務機器人和特種機器人劃分。 

      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領域。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年來,針對醫療、教育、娛樂、勘探勘測、救災救援等多樣化需求,機器人技術的邊界不斷拓展、內涵不斷豐富。 

      工業機器人對高速度、高精度、重載荷、智能化、協同作業的極致追求仍未改變,同時協作型工業機器人的發展使人機安全、自然交互得到格外重視。服務機器人對極端、動態、未知、非結構化複雜環境的適應性、感知與理解、學習與決策、控制與協作、自然交互等一直是研究重點。而新型智能材料、人工智能技術的快速發展不僅爲服務機器人帶來了新的研究思路,也提出了更具挑戰性的技術難題。 

      市場需求刺激、産業規模潛力巨大 

      據中國電子學會的報告,2018 年,全球機器人市場規模將達298.2 億美元,其中工業機器人占比56%,服務機器人占比31%,特種機器人占比13%。我國2018 年機器人市場規模將達87.4 億美元,其中工業機器人占比71%,服務機器人占比21%,特種機器人占比8% 

      工業機器人應用集中在汽車、電子、金屬制品、橡膠和塑料等行業。大負載的傳統工業機器人多用于大批量、標准化産品的高效生産,受行業影響明顯。而以小批量、定制化、快速叠代的産品爲主的中小企業,對于小負載機器人和協作機器人有較強需求。協作機器人輕巧靈活、操作簡單、價格適當,適合在人機混雜的作業空間工作,具有良好的增長潛力。 

      服務機器人主要産品有家用服務機器人、醫療服務機器人、公共服務機器人,深度學習、生物特征識別、語音識別、自然語言理解等人工智能技術的發展使服務機器人的功能和性能逐步提升。教育機器人、娛樂機器人、掃地機器人、陪護機器人等産品持續叠代,並已大量進入家庭。醫療手術機器人、康複機器人産品得到廣泛關注,其市場規模也已達數十億美元,具有巨大的潛在市場。 

      相比于工業機器人和服務機器人,特種機器人目前在市場規模較小,但其在采掘、建築、交通、農業、畜牧業、消防、防爆、空間探索、軍事等領域具有重要的戰略意義和作用,得到各國政府的高度重視,並積極規劃、投入資金支持相關産品的研制和開發。 

         

       2008 年—2018 年機器人銷售量(單位:千台) 

      産業升級倒逼技術提升、化挑戰爲機遇 

      當前我國制造業面臨的現實挑戰不僅爲我國智能機器人研究提出了前沿問題,同時也爲我國智能機器人産業提供了難得的發展機遇和廣闊的施展空間。堅持深耕于不同行業領域的智能機器人系統公司將形成創新性的産品和系統,重塑生産流程、生産工藝、生産模式。 

      服務機器人市場規模的增速遠高于工業機器人,是極具潛力的新興産業。人工智能技術與個人、公共服務機器人的結合將有望深度切入教育、家電、陪護等行業,從而依托服務機器人平台打造新的應用生態。而醫療、康複服務機器人作爲高附加值的智能機器人産品將改變醫療和康複的傳統模式,遠程診斷、遠程手術、遠程治療等新模式將改善、緩解醫療資源的不均衡、緊張。 

      特種機器人雖當前市場規模相對較小,但其作用和意義重大,且未來潛力巨大。繁重的農業和畜牧業勞動使特種機器人具有巨大的發揮空間,如無人機撒藥、擠牛奶機器人、無人化的耕作和收獲農業機械都已進入應用階段。軍事機器人替代作戰人員進行偵察和攻擊將極大避免人員傷亡,如察打一體無人機、便攜戰術偵察機器人都已在各國列裝。深海、深空探測等極限作業機器人可以在極端環境下長期執行觀測和作業任務,如火星探索者、月球車等。 

     

      機器人面臨的十大挑戰(圖片來源:《Sciences Robotics》) 

      學科交叉融合、急需複合型人才 

      机器人研究是典型的交叉学科研究領域,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,機器人的行業應用需要一批既了解機器人的優缺點又了解應用需求的項目管理人才,善于通過調整機器人系統、改進工藝、完善流程,使機器人的行業應用達到最佳效果。同時,一大批熟悉機器人使用和維護的高水平技術人員,對于保障工業機器人應用系統的正常運行也至關重要。 

      智能機器人是直接接觸並改變物理世界的重要工具,其技術和産品的不斷創新,必將徹底改變未來人類生活和工作的方方面面,而充滿人類智能想象的科幻也將一步步由虛幻變爲現實。 

     

    作者:

    王硕   自动化研究所研究员,博士生导师

    (原載于《前沿科學》2019年第2期