瓦力時代 何時來臨 國產仿生機器人的夢與現實
■IT時報記者 潘少穎 攝影報導
聽過蜘蛛俠、蝙蝠俠、鋼鐵俠，但你聽說過「章魚俠」嗎，這不是哪部大片裡主角，而是我國自主研發仿生機器人中的一員，別看是「新丁」，「章魚俠」本領卻非同尋常。其移動自如的「六足」具有良好的複雜環境適應能力，可在核輻射、水下和火災等極端環境下完成搬運、搜索、探測和救援作業等任務，讓極端條件下的遠程救援成為可能。
而在美國，機器人派特曼正像忍者一般在跑步機上接受各項性能的檢測，待通過實戰演習後，派特曼將在美國服役，為軍人測試各種防護服裝和設備。有人士預測，日後，仿生機器人將成為美國的神兵利器。
隨著在人類無法到達的領域發揮出不可替代的作用，仿生機器人如今正成為科研機構、企業等研究的重點方向。在電影《機器人瓦力》中，可愛的WALL-E（Waste Allocation Load Lifter Earth Class，地球版垃圾配置承載起重機，中文名瓦力），其實就是地球上唯一的一臺垃圾處理機器人，因為地球上早已不適宜人類生存了，瓦力的工作便是將地球上的垃圾處理成一個個的方塊疊加起來，然後通過電視中殘留的印象感受愛情。什麼時候，我們也能有一個可愛的、擁有情感的瓦力呢？
「章魚俠」是上海交大機械與動力工程學院教授高峰帶領的團隊自主研發而成的，實際上是上代仿生機器人「智慧小象」的兄弟，高峰告訴記者，兄弟倆分別代表著四足仿生機器人和六足仿生機器人，如今，它們都在上海交通大學重大裝備設計與工作工程研究所實驗室裡等待著研發人員升級換代。
走進實驗室，就看到約1米高的「章魚俠」，遠看，它長有六爪，在地上靈活穩健地行走，酷像章魚在深海中自在地遊弋；近觀，頗有「鋼鐵俠」之風範，鋼足鐵骨，想像它在火海水災核難中穿行、救援，恰像一位無畏艱險的英雄。
「章魚俠腿部設計很特殊，每條腿都裝有3個電機，由18個電機驅動，負重可達500斤，腿腳可實現18個自由度變換，能夠靈活地沿各個方向穩定行走，時速可達1.2千米/小時，續航能力也達到一天半，用無線來控制。」團隊成員柴勳告訴記者，當用「四爪」站立時，空出的「兩爪」便可當「兩手」完成擰動閥門、清理事故現場等作業。像2011年日本福島的核電站災難，在高溫、高壓、高輻射的極端環境下進行處理和救援，僅靠人力，必然會產生很大的傷亡和損失。這些絕地情形，正是「章魚俠」機器人大顯身手之處。
「章魚俠」的誕生用了3年時間，為了了解動物的構造和功能，實驗室仿佛變成了動物園，「我們養過狗、蜘蛛等各種四足及四足以上的動物，因為海裡的大章魚不太好買，實際上章魚俠的原型是蜘蛛，這隻蜘蛛到現在還在呢。」另一位團隊成員陳先寶小心翼翼地從柜子裡拿出一個盒子，一隻蜘蛛正在安享晚年。
研發過程也不讓人省心，「小象的原型是採用發動機的，有一次在做靜音實驗時，油管突然爆了，離得近的人被噴了一身油。但這油不是白噴的，研發人員由此想到怎麼才能讓動力穩定一點，才有了現在電機帶液壓這種穩定的方式。而且這些動物調皮的時候，會冷不丁踹你一腳，所以千萬別離它們太近。」陳先寶說。
高峰告訴《IT時報》記者，此前，步行機器人技術在國際上一直是發達國家的天下，「智慧小象」突破了仿生機構、高功率密度液壓驅動、狀態感知與環境適應、仿生步態規劃與動態控制等核心技術，「章魚俠」則具有高速、高負載能力和對典型非結構化地形的高適應能力。
在實驗室的電腦上，記者看到陳先寶在計算著一些複雜的公式，柴勳則在繪製模型圖，他們正在為下一批四足、六足仿生機器人做準備。「做仿生機器人是個需要貫通控制學、動力學等多門學科，因此要互相配合，接下去正計劃做藏獒、梅花鹿等仿生機器人。」高峰透露說。
在高峰心裡，一直有一個夢想，希望能把仿生機器人產業化，「在實驗室裡研究這些東西，希望它們能發揮作用，而不是純粹作為觀賞。」高峰告訴《IT時報》記者。
「在某屆工博會上曾展出一款仿生機器人，成本要20多萬元，市場售價為30萬元以上，單單機器人外殼成本就要2萬元，離量產或者進入尋常百姓家還有一定的距離。」一中國科學院自動化研究所工作人員表示。
機器人產業和其它很多產業類似，整體而言是集成能力較強，但缺乏核心零部件的生產能力。「實際上，國內理論研究、市場應用、製造水平跟國外的差距不大，但是關鍵的基礎元器件，如電機、減速器、傳感器則依賴進口，其實機器人的成本也主要集中在這一塊。」高峰告訴記者，做整體機器人的研究所和公司很多，但由於基礎元器件依賴進口，成本比較高，在研發階段還要投入巨大的科研經費。成本一高，就難以打開市場。
上海未來夥伴機器人有限公司以做教育類智慧機器人為主，其首席工程師鄧寅喆告訴記者，他們有時想進口最好的核心器件，但根本買不到，因為最頂級的配件只提供給軍隊。「一般家庭用戶都對價格比較敏感，因此我們還生產一些履帶式機器人，主要提供給軍用，價格方面的因素就會考慮得少一些。」鄧寅喆說。
而從技術角度來說，安全和智能也是兩大瓶頸。「電線斷了、電機失靈、不聽控制了，打到人怎麼辦？仿生機器人一般都處於複雜的環境中，必須要考慮到各個環節故障出現了怎麼辦。這一點上來說，清潔機器人現在發展的最成熟，也因其對安全要求較低——清潔機器人發瘋了頂多四處撞牆，仿生機器人在安全方面的要求就高多了。」鄧寅喆告訴記者。
「從技術指標來說，某一單項技術國內與國外相比較，具有一定的可比性，但是產品的可靠性、安全性還有差距。」北京航空航天大學機器人研究所所長畢樹生總結說。
記者了解到，「章魚俠」下一步的目標是讓它能自動避讓障礙物，「現在，章魚俠如果碰到障礙，沒有收到指令的話，它可能就停在那裡了，這就說明智能化水平還不夠，要快速檢測、識別出環境的變化，並且不斷做出判斷、修改執行方案，最終實現目標。」柴勳說。
實際上，目前仿生機器人絕大部分還處於研究階段，包括美國著名的大狗機器人項目，它們離產業化都還有一定距離。「這個大狗在遭到猛踹之後，打個趔趄，能繼續前行，能在交通不便的地區運送彈藥、食物等。很多視頻裡的機器人看上去運行很好，那是在比較理想、固定的環境中拍攝的。如果把它放到一個陌生環境，它就不一定能發揮好了。」畢樹生告訴記者。
作為剛剛創立機器人公司的創業者，儘管曾斬獲2011「挑戰杯」全國大學生課外科技競賽特等獎，擁有15項發明專利，成立的機器人公司也成功研發出了幾款機器人產品，但孫榮毅面臨著很多新成立的創新小企業也面臨的問題：融資難。
「我遇到最大的困難就是融資問題，找了很多家公司都不願意投。」孫榮毅闡述了自己關於融資難的看法：原因之一是仿生機器人研發是件「燒錢」的事情，可靠性和穩定性難把控，投資者擔心利潤回收周期長，投資風險大；二是國內的投資環境對小公司生存並不有利，國外的眾籌模式在國內沒有很好的推廣。
高峰儘管是大學教授，卻和孫榮毅有同感。「學校雖然做了很多東西，看著好玩，但缺乏應用。企業參與度不夠，雖然也有一些企業會來談合作，但他們問的第一個問題就是能不能賺錢。說實話，仿生機器人短期內的確是很難產生效益的，關鍵原因是仿生機器人基本都用於救援，應用的場景還不多。」高峰說。
記者了解到，國內大概有200多家做機器人的企業，他們主要的研發產品是民用機器人，包括仿生機器人和智慧機器人，而能盈利的卻很少。
鄧寅喆告訴記者，相較於以前，機器人公司的政策環境好了許多，政府會給予一些政策上的支持。
iRobot是1990年從美國起家的機器人公司，可以說是世界上最成功的機器人企業，也是納斯達克的機器人第一股。它既生產走進千家萬戶的掃地機器人，也為美國軍隊提供服務。「起初，iRobot也碰到資金和市場的困難，是美國政府為其提供了3000多萬美元資金，支持了約33項研究活動，「911」後，又購買了iRobot研發的搜救機器PackBot。」iRobot中國區代理、湖南科凡達高新智能設備供應有限公司董事長楊新明告訴《IT時報》記者，之後，iRobot從家用機器人入手，打開市場。「目前iRobot全球家用機器人累計銷量超過1200萬臺。當然，這也得益於國外市場對吸塵機器人產品的認可度和接受度要高於國內。」楊新明說。
限制民營機器人企業發展的另一原因是人才，另一機器人公司的創業者告訴《IT時報》記者，現在要想招聘一些專業型的人才到民企很難，因為機器人生產需要的是技術，實際上對學歷也有蠻高的要求，高學歷的人一般不願到民營企業，況且他們也付不起這些人才的高工資。
記者在採訪中了解到，研究仿生機器人的人員需要各學科領域，高校也沒有專門的機器人專業。一直在高校工作的高峰對此深有感觸，「我們實驗室裡有20多位成員，有老師也有在讀的博士生，這些人都是我自己選的，要考慮到專業也要考慮協調。」高峰說，做機器人還是要耐得住寂寞，創意設想、公式計算、模型構建等都是一個痛苦的生產過程，有的學生畢業後就不會選擇對口的工作。
柴勳和陳先寶現在正在讀博士，不久他們也會面臨就業問題，他們告訴記者，日後比較理想的工作單位是科研機構或者比較大的機器人企業，基本不會考慮進民企。「我們的師哥師姐基本都沒有進民企。」柴勳說。
儘管學生們不願進民企，但說起仿生機器人發展的遠景，高峰堅信，未來的仿生機器人市場一定是民營企業的天下。「因為他們要生存，所以要創新。」高峰說。因此，對於學生們的選擇，高峰則表現出了擔憂。「民營企業未必就沒有好的平臺，可能資金會比較緊張。但相比於大企業，在民企的創新束縛可能會更少。」高峰說。
這不，孫榮毅就表示以後要把機器人研發稱為一個有意識的生命體，而不是簡單的程序代碼。
/ 本文刊於10月24日出版的第527期《IT時報》。聯繫編輯郝俊慧：haojunhui@189.cn
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