不久前,有一條關于機器人的新聞引發(fā)了大家的關注。在俄羅斯的彼爾姆,一只叫Promobot的機器人“離家出走”了,“逃出”實驗室,奔向了外面的街道,后來由于電池用光了,所以一直停留在馬路中央,并造成了小范圍的交通堵塞。人們在對這條新聞忍俊不禁的同時,也由衷地感慨:機器人時代,正在到來!
我國機器人產業(yè)發(fā)展迅猛
機器人技術是衡量一個國家科技創(chuàng)新水平的重要指標之一,而機器人產業(yè)則是高端制造業(yè)發(fā)展水平的體現,在促進制造業(yè)轉型、提高生產效率方面具有重大意義。近年來,機器人技術的研究和應用不斷擴展,已從工業(yè)領域向到航空航天、國防軍事、國家安全、醫(yī)療康復、社會服務等其他領域邁進。正因為如此,各國政府高度重視機器人產業(yè)的發(fā)展,不少國家將發(fā)展機器人產業(yè)列為國家戰(zhàn)略之一,紛紛加緊布局,以搶占技術和市場制高點。
在我國,機器人產業(yè)也獲得了國家政策的大力扶持。據中國機器人產業(yè)聯盟副秘書長姚之駒介紹,近兩年,各地方政府出臺的對機器人產業(yè)的扶持政策有77項。在政策支持下,我國機器人產業(yè)成為發(fā)展最為火熱的產業(yè)之一,正在以日新月異的速度在前進。據相關數據顯示,我國工業(yè)機器人2015年的銷量為6.67萬臺,而2014年的銷量為5.71萬臺,同比增長率為16.8%;自主品牌工業(yè)機器人2015年的銷量為2.23萬臺,2014年的銷量為1.67萬臺,同比增長率為33.5%。
賽迪智庫裝備工業(yè)研究所機器人產業(yè)研究室副主任盧月品表示,我國工業(yè)機器人產業(yè)在技術研發(fā)和生產制造方面具備了一定的基礎。近年來,在需求快速擴張及“十一五”、“十二五”國家科技計劃的持續(xù)支持下,一方面很多科研院所在機構、驅動和控制等方面開展了大量研究工作,取得了豐富成果;另一方面各類產品不斷涌現。工業(yè)機器人方面,涌現出一大批機器人研制和生產企業(yè),通過自主研制或與外資企業(yè)、科研院所合作,開發(fā)多種類工業(yè)機器人。服務機器人方面,各類產品開始不斷涌現,個別企業(yè)在某些領域已進入世界領先行列。清潔機器人、無人機和自平衡車等家用服務機器人已實現產業(yè)化;公共安全、救災救援、核裂變堆運行維護等多種型號機器人已經開始示范應用;外科手術和輔助治療等醫(yī)療機器人、水下機器人、部分型號軍用機器人已進行試驗應用。
盧月品介紹,經過多年的發(fā)展,我國本土機器人企業(yè)快速成長起來。在工業(yè)機器人方面,本土機器人制造骨干企業(yè)主要有:沈陽新松機器人自動化股份有限公司、安徽埃夫特智能裝備股份有限公司、哈工大機器人集團、廣州數控設備有限公司、哈爾濱博實自動化股份有限公司、上海新時達電氣股份有限公司、南京埃斯頓自動化股份有限公司和昆山華恒焊接股份有限公司等;服務機器人方面,骨干企業(yè)主要有科沃斯電器有限公司、北京康力優(yōu)藍機器人科技有限公司(以下簡稱“康力優(yōu)藍”)、納恩博(北京)科技有限公司(以下簡稱“納恩博”)、北京風行天下科技有限公司、北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司、深圳市優(yōu)必選科技有限公司等。根據OFweek行業(yè)研究中心數據統(tǒng)計,截至2015年末,國內機器人相關企業(yè)數量達到1026家,其中廣東省聚集的機器人廠商最多,達到285家,其次是浙江省156家,位列第2;其他地區(qū)如江蘇、上海、山東、北京、安徽、遼寧和重慶分別達到125家、108家、89家、58家、56家、45家和40家。
各地布局之態(tài)火熱
機器人產業(yè)在拉動經濟發(fā)展和實現產業(yè)轉型方面的巨大作用和廣闊前景,也深深地吸引了各地政府。因此,各地政府緊跟國家機器人產業(yè)大政方針,紛紛布局機器人產業(yè),規(guī)劃和建設開展機器人產業(yè)園。據統(tǒng)計,截至目前,我國建成和在建機器人產業(yè)園區(qū)已超過40個,初步環(huán)渤海、珠三角、長三角和中西部4大區(qū)域集群。
環(huán)渤海區(qū)域集群以哈爾濱經開區(qū)機器人產業(yè)園、沈陽新城機器人產業(yè)基地、青島國際機器人產業(yè)園等為主,其特點是科研機構扎堆,研發(fā)能力強;珠三角區(qū)域集群以廣州機器人產業(yè)園為主,其特點是產業(yè)基礎雄厚、市場應用空間大,控制系統(tǒng)占優(yōu)勢;長三角區(qū)域集群以上海機器人產業(yè)園、昆山機器人產業(yè)基地、常州武進高新區(qū)機器人及智能裝備產業(yè)園為主,其特點是外資、合資企業(yè)多,系統(tǒng)集成商發(fā)達,市場優(yōu)勢明顯;中西部區(qū)域集群以重慶兩江機器人產業(yè)園、蕪湖機器人產業(yè)園為主。
北京智能機器人產業(yè)技術創(chuàng)新聯盟副理事長高謙介紹了北京機器人產業(yè)的發(fā)展現狀。北京科技資源豐富,擁有全國領先的新一代信息技術資源,這些資源為北京智能機器人發(fā)展提供了強有力的技術支撐,奠定了北京快速發(fā)展智能機器人產業(yè)的基礎。目前,北京形成了一批有代表性的機器人研發(fā)單位,主要聚焦醫(yī)療健康、家庭服務和特種工業(yè)機器人,這些領域的機器人在國內已達到了領先水平。在家庭服務機器人領域,整體技術水平與發(fā)達國家同處于起步發(fā)展階段,形成了納恩博、康力優(yōu)藍、北京博創(chuàng)智聯科技有限公司、國家康復輔具研究中心、北京航空航天大學(以下簡稱“北航”)、北京工業(yè)大學等代表性單位。在醫(yī)用機器人領域,目前已突破基于在線反饋和智能引導的人機交互技術、智能假肢運動控制技術、人體運動意圖識別技術、碳纖維復合材料工藝等核心技術。醫(yī)用機器人產業(yè)的部分技術達到了國際水平,整體技術水平與國際先進水平相差3~5年,腦外科、假肢等技術已實現轉化應用,目前形成了以北航、北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司、北京大學、北京工道風行智能技術有限公司、北京理工大學等為代表性單位。但高謙同時表示,北京機器人產業(yè)體量較小,企業(yè)相對分散,產業(yè)尚未在北京地區(qū)形成集聚。
加強材料產業(yè)對機器人產業(yè)的支撐作用
盧月品表示,我國未來機器人產業(yè)需求潛力巨大。據統(tǒng)計,2015年全球工業(yè)機器人銷量超過24萬臺,同比增長8%。2006-2015年,全球工業(yè)機器人銷量年均增速約為14%。2014年亞洲銷量約占2/3,中國、韓國、日本、美國和德國5大市場的銷量占全球工業(yè)機器人總銷量的75%左右。目前,我國工業(yè)機器人市場需求處于爆發(fā)期。全球制造業(yè)每萬名工人使用工業(yè)機器人數量由5年前的50增加到66,其中工業(yè)發(fā)達國家機器人密度普遍超過200,我國制造業(yè)機器人密度由5年前的11增加到36,我國機器人密度較低但增速較快,未來工業(yè)機器人市場潛力巨大,需求將繼續(xù)保持井噴態(tài)勢。此外,我國從2012年開始進入人口老齡化快速發(fā)展期,而且我國也是地震、洪澇等災害多發(fā)國家,這些因素將使得我國有望形成全球最大的服務機器人市場。
毫無疑問,我國機器人產業(yè)是一塊“大蛋糕”。但是,占到機器人成本70%左右的控制器、伺服電機、減速機等機器人的3大核心零部件,目前仍處于依賴進口的局面。如何奪回被國外市場搶占的“大蛋糕”,是一個復雜而嚴峻的問題。北京大學工學院王啟寧研究員表示,機器人技術的交叉性極強,涉及機械、自動化、力學、計算機、材料學、仿生學等多個學科。他指出,機器人產品核心部件的國產化,受到結構設計、加工工藝、制造精度、材料以及標準等諸多因素的影響。
機器人產業(yè)是高端裝備制造業(yè)的代表。材料產業(yè)是工業(yè)發(fā)展的先導,為機器人產業(yè)等高端制造業(yè)的發(fā)展奠定了基礎、提供了保障。機器人關鍵部件所用的材料有:機器本體用結構材料、高精密減速器用高強度耐磨材料、伺服電機用高性能磁性材料、感知系統(tǒng)用傳感材料等。
跟蹤機器人的發(fā)展趨勢,不斷提高機器人產業(yè)與材料產業(yè)間的融合度,對于材料產業(yè)而言責無旁貸。當下,應主要做好3方面工作,以提升材料產業(yè)對機器人產業(yè)的支撐力度。
第一,加強機器人輕量化材料的研發(fā)。傳統(tǒng)機器人龐大的自身重量本身為其安全性帶來了一定的隱患,另外,機器人自重太大會制約其在某些對質量有很嚴格限制場合中的應用。因此,若要提高機器人的安全性能,機器人的輕量化是需要解決的重要問題,也就是開發(fā)質量盡可能輕的輕型機器人。同時,輕量化可以提升機器人的運動性能,可以節(jié)約材料、節(jié)約能源、降低成本。而將機器人的部件采用新型輕質材料進行替換,是機器人輕量化的重要途徑之一。目前,應用在輕量化方面的主流材料有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維以及其他復合材料等。而對這些輕量化材料在機器人上的應用還需要進一步加強。據悉,美國的相關企業(yè)就非常重視機器人輕量化的研究,力爭大幅降低機器人的自重與負載比。這一動態(tài)需要得到我國業(yè)界人士的足夠重視。
第二,促進新興材料在機器人上的應用。仿生是機器人未來的發(fā)展方向之一,在諸多不適合由人類來承擔任務的情況如反恐防爆、太空探索、搶險救災等環(huán)境下逐漸凸顯出良好的應用前景。前沿的材料技術為機器人的發(fā)展帶來無限可能。例如,作為仿生機器人一類的軟體機器人,由柔韌性材料制成,可在大范圍內任意改變自身形狀和尺寸,在偵察、探測、救援及醫(yī)療等領域的應用前景非常廣闊。石墨烯隨著其技術的進步和產業(yè)化的推薦,不斷走入現實生活,有媒體稱,一種石墨烯凝膠的成功研發(fā)使得軟體機器人邁入了新的時代。而有關適合應用于機器人上的新型材料的研發(fā)消息層出不窮。2015年,來自劍橋大學的研究人員開發(fā)了一種神奇的配方,這種配方能將具有單獨功能的多種材料集成到一種材料上,這種人類首次設計并合成的多功能材料,就像動物的肌肉一樣,非常適合用于制造機器人。2016年3月,康奈爾大學的研究人員研發(fā)出了一種神奇的新型復合材料,該材料融合了堅硬的金屬和柔軟的泡沫橡膠,可在堅硬和柔軟2種特性中相互轉換。發(fā)明者表示,機器人如果采用這種新材料,它的動作就會變的更加自然,而且可在需要時為自己打造一款柔韌性十足的外骨骼,不需要時則可將其熔化并重新塑形。機器人不斷開拓的新型應用領域如搶險救災、太空探索、水下作業(yè)等,由于環(huán)境特殊,所以對材料也有著特殊的要求,這也為材料帶來了巨大的發(fā)展新機遇。目前,新興材料在機器人上的應用尚處于剛剛起步的階段,還存在著一系列問題需要繼續(xù)進行扎實而深入的研究。
第三,推動交叉學科人才的培養(yǎng)與建設。關于科技發(fā)展的一個說法是,人類科學技術發(fā)展史就是一個各種學科和技術互動融合、交叉發(fā)展的歷史過程。機器人技術作為當今科學領域最活躍的研究方向之一,其學科交叉尤其繁多。目前,機器人產業(yè)就存在交叉學科人才匱乏的問題。材料科學是一門基礎的學科,服務于包括機器人產業(yè)在內的制造業(yè)。培養(yǎng)材料科學和機器人技術的交叉人才,才能搭建材料產業(yè)與機器人產業(yè)的橋梁,促進二者之間的有效融合,進而推動我國機器人產業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。
圖片來源:找項目網