受象鼻啟發(fā)，哈工大新型“柔性機(jī)器人”能否撬動(dòng)這個(gè)780億市場(chǎng)？

近年來(lái)，有不少研究團(tuán)隊(duì)受貓狗、蛇、章魚(yú)等動(dòng)物的啟發(fā)，設(shè)計(jì)出多種形態(tài)的柔性機(jī)器人。這一次，哈工大研究團(tuán)隊(duì)受到了象鼻的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了新型的柔性機(jī)器人。

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近日，國(guó)際著名期刊 Soft Robotics 刊登了哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)馬里蘭大學(xué) Norman M. Wereley 教授團(tuán)隊(duì)的共同研究成果，題為：《Novel Bending and Helical Extensile/Contractile Pneumatic Artificial Muscles Inspired by Elephant Trunk》（受象鼻啟發(fā)的新型彎曲螺旋可伸展 / 收縮氣動(dòng)人工肌肉）。

受象鼻啟發(fā)，建立柔性機(jī)器人新模型哈爾濱工業(yè)大學(xué)是我國(guó)最早開(kāi)展機(jī)器人技術(shù)研究的高校之一，也是我國(guó)第一臺(tái)電焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、空間機(jī)器人、月球車(chē)的誕生地，在機(jī)器人技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位。據(jù)報(bào)道，此次哈工大冷勁松教授研究團(tuán)隊(duì)受到了象鼻的啟發(fā)，在研究上又有了新發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了新型的柔性機(jī)器人——新型彎曲螺旋可伸展 / 收縮氣動(dòng)人工肌肉。

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氣動(dòng)人工肌肉，是一種采用新型智能高分子材料的人造肌肉（artificial muscle），非常接近生物的肌肉纖維。由外部的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)進(jìn)行推拉動(dòng)作的人造肌肉，具有柔順性、輕量性、綠色性等優(yōu)勢(shì)。

研究團(tuán)隊(duì)指出，氣動(dòng)人工肌肉運(yùn)動(dòng)在一定程度上僅局限于單軸收縮和拉伸，這也限制了其發(fā)展。為此，在象鼻的啟發(fā)下，他們?cè)诳缮煺?/ 收縮的氣動(dòng)人工肌肉的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型的彎曲螺旋可伸展 / 收縮氣動(dòng)人工肌肉（HE-PAMs/HC-PAMs），當(dāng) HE-PAMs/HC-PAMs 膨脹時(shí)，將產(chǎn)生繞軸的彎曲、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使致動(dòng)器產(chǎn)生螺旋變形，這個(gè)過(guò)程就如同我們見(jiàn)過(guò)的象鼻彎曲旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)、分析，研究團(tuán)隊(duì)建立了氣動(dòng)人工肌肉的廣義彎曲行為模型，并在相同的理論框架下研究了軸向、彎曲和螺旋氣動(dòng)人工肌肉的特性，拓展了柔性機(jī)器人更多的可能性，如軟體分類(lèi)機(jī)器人、搜索機(jī)器人、生物機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)輔助外骨骼、力反饋可穿戴設(shè)備等等。

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市場(chǎng)潛力巨大，擁有無(wú)限可能性當(dāng)前，全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正穩(wěn)步增長(zhǎng)。據(jù)相關(guān)報(bào)告，2019 年全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 294.1 億美元，2014～2019 年全球機(jī)器人市場(chǎng)的平均增長(zhǎng)率約為 12.3%。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，中國(guó)將成為全球最大的機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在 2030 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到 260 億美元，占到全球 1/3。也就是說(shuō)，預(yù)計(jì)在 2030 年全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到 780 億美元。在巨大的市場(chǎng)前景下，不少企業(yè)、高校等研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。而柔性機(jī)器人具備材料的柔軟性、優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性、超強(qiáng)的安全性，能夠破除傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)的僵硬和材料的剛強(qiáng)，有著更為良好的人機(jī)互動(dòng)性，或?qū)⒊蔀槲磥?lái)商業(yè)運(yùn)用的主流趨勢(shì)之一。極智嘉聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CTO 李洪波曾表示，柔性機(jī)器人系統(tǒng)蘊(yùn)含著巨大市場(chǎng)潛力，將會(huì)在智慧物流、智能制造、以及大家所能想象到的商業(yè)環(huán)境里，得到廣泛的應(yīng)用。

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目前，柔性機(jī)器人主要的商用場(chǎng)景為工業(yè)和醫(yī)療。其中，醫(yī)療領(lǐng)域是柔性機(jī)器人典型性和商業(yè)度較高的應(yīng)用領(lǐng)域，潛力空間估值接近 75 億美元。在醫(yī)療機(jī)器人的柔性化運(yùn)用中，手術(shù)機(jī)器人的臨床性和產(chǎn)業(yè)化程度是當(dāng)前發(fā)展最快的。柔性化的醫(yī)療機(jī)器人能夠進(jìn)入人體四處移動(dòng)，提供照明，成為醫(yī)生的眼睛，甚至可以繞過(guò)想要避開(kāi)的區(qū)域。而著名的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，代表了柔性機(jī)器人在該領(lǐng)域的一定水平，其可自由運(yùn)動(dòng)的手臂腕部、3D 高清影像技術(shù)、主控臺(tái)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)這三個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)，分別對(duì)應(yīng)了柔性機(jī)器的機(jī)器感知、機(jī)器行動(dòng)和人機(jī)交互，可協(xié)助醫(yī)生在有限的狹窄空間工作，手術(shù)操作更精確。

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對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域的柔性機(jī)器人應(yīng)用來(lái)說(shuō)，隨著研發(fā)水平不斷提升、工藝設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新以及新材料相繼投入使用，工業(yè)機(jī)器人的類(lèi)人精細(xì)化操作能力不斷增強(qiáng)。如日本愛(ài)普生首款新型折疊手臂六軸機(jī)器人，可在現(xiàn)有同級(jí)別機(jī)械臂 60%的工位空間內(nèi)完成靈活操作，采用內(nèi)部走線(xiàn)設(shè)計(jì)，自然進(jìn)入高層設(shè)備、機(jī)器、架子等狹窄空間，避免了在設(shè)置和維護(hù)過(guò)程中進(jìn)行復(fù)雜的布線(xiàn)，大大提高了成本效率并保持較低的總運(yùn)行成本。

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隨著機(jī)器人逐步應(yīng)用到各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)輕型化、柔性化、智能化的趨勢(shì)日益明顯。此次哈工大以象鼻為啟發(fā)而建立的氣動(dòng)人工肌肉的廣義彎曲行為模型，拓展了柔性機(jī)器人更多的可能性。由此可見(jiàn)，未來(lái)機(jī)器人將越來(lái)越靈巧、安全，且形式更多樣化，應(yīng)用范疇也更廣。

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