你能想象(xiang)吗，那些出现在科幻电影中的(de)特种机器(qi)人，已经(jing)成为日常工作生(sheng)活中的(de)得力助手。
在一个矿井巷道(dao)中飞滚而来的(de)不是巨石和“滚地雷(lei)”，而是球形(xing)机器(qi)人；用手轻轻一抛就起飞的(de)不是纸飞机，而是机器(qi)人；甚至连儿童动画片中会飞的(de)“狗狗”，爬水管、电线的(de)“蜘蛛侠”，都变成了生(sheng)产一线的(de)机器(qi)人。
前不久(jiu)，中青报·中青网记者(zhe)在采访浙江省的(de)一些科研院所和企业时发(fa)现，不少特种机器(qi)人从科研论文里“走(zou)”了出来，走(zou)向了市场货(huo)柜，上天(tian)入地下海，“大显神通”。而在这背(bei)后，是产学研开展全面合作，不走(zou)“闭门造车”老路子。
特种机器(qi)人快速崛起
在浙江省衢州(zhou)市110千(qian)伏天(tian)宁变电站，有一个身高约2米(mi)的(de)智能机器(qi)人。
在这款机器(qi)人应用之初，运行值班员们心存(cun)疑虑：“机器(qi)人能真正派上用场？”
如今(jin)，国网衢州(zhou)供(gong)电公司运行值班员俞梦贤对这位“智能员工”的(de)评价是：集(ji)成了先进的(de)智能感知、图像识别和高精度机械臂技术，具备自主导航、红外测温和开关柜局部放(fang)电检测、倒闸操作、自主紧急分闸等(deng)功能，可代替运维人员的(de)工作。
研发(fa)这款智能机器(qi)人的(de)科研人员介绍，机器(qi)人技术发(fa)展至今(jin)60多年，目前国内整个行业面临的(de)挑战是，核心技术和自主研发(fa)能力不足(zu)，产业生(sheng)态(tai)尚未成熟，市场需求(qiu)与供(gong)给不匹配，以及技术创新和专利布局不足(zu)，都制(zhi)约了我国智能机器(qi)人产业的(de)进一步发(fa)展。
2021年年底，工业和信息化(hua)部等(deng)十(shi)五部门印发(fa)的(de)《“十(shi)四五”机器(qi)人产业发(fa)展规(gui)划》（以下简称《规(gui)划》）强调(diao)，要面向特殊(shu)环(huan)境作业等(deng)领域需求(qiu)，重点推进特种机器(qi)人产品的(de)研制(zhi)及应用，拓展机器(qi)人产品系列，提升性(xing)能、质量和安全性(xing)，推动产品高端化(hua)、智能化(hua)发(fa)展。
从最初的(de)简单自动化(hua)机器(qi)，到如今(jin)的(de)复(fu)杂人工智能系统，特种机器(qi)人可以具备比传统机器(qi)人更(geng)高的(de)灵活性(xing)、自主性(xing)和智能性(xing)，适应更(geng)多样(yang)化(hua)的(de)应用场景。
以带电安装接地挂环(huan)工程为例，传统的(de)作业方式是施(shi)工人员在高空中穿戴着厚(hou)重的(de)绝缘服和手套，手持绝缘工具进行带电作业。现在引入配网接地环(huan)自动安装机器(qi)人，工作人员只需用无人机将机器(qi)人母平台挂接到导线上，待子平台携带接地环(huan)线夹上升到指(zhi)定位置后，进行远程操控。整个流程有效(xiao)避免高电压的(de)伤害，大幅(fu)度提高作业人员的(de)安全。
在电站巡(xun)检中，特种机器(qi)人还可以搭(da)载高清(qing)摄像头、红外热像仪等(deng)多种传感器(qi)，对电站设备进行全方位的(de)监测和诊断。它们能够轻松穿越狭窄的(de)通道(dao)，攀爬高大的(de)设备，甚至在复(fu)杂的(de)电缆桥架上行动自如，实现全覆(fu)盖的(de)巡(xun)检。
中青报·中青网记者(zhe)在采访中发(fa)现，还有三角形(xing)、轮形(xing)、球形(xing)等(deng)各种各样(yang)的(de)特种机器(qi)人，逐渐应用在浙江省的(de)生(sheng)产一线。为什么特种机器(qi)人会在新的(de)赛道(dao)快速崛起？
浙江大学湖州(zhou)研究院重载AGV、无人化(hua)叉车项目科研骨干刘(liu)维维分析(xi)，首先，特种机器(qi)人能够根据特定应用场景进行设计，解决传统刚性(xing)结构机器(qi)人无法胜任的(de)问题。例如，蛇形(xing)机器(qi)人可以进入狭窄的(de)空间进行检查和维修工作。其次，这类(lei)机器(qi)人的(de)环(huan)境适应性(xing)强。一些“变型”机器(qi)人能够更(geng)好地适应复(fu)杂和多变的(de)环(huan)境，比如，水下机器(qi)人可以在海洋中执行任务，飞行机器(qi)人可以在空中进行监测和运输。
第三是提升效(xiao)率与效(xiao)果。通过针对特定任务进行优化(hua)设计，特种机器(qi)人可以大幅(fu)提升执行效(xiao)率和效(xiao)果。例如，农业机器(qi)人可以根据农田需求(qiu)设计成特定形(xing)状和功能，提高农作物种植和收获的(de)效(xiao)率。还有一些特种机器(qi)人能够集(ji)成多种功能，完成不同任务。在地面和空中自由切换模式的(de)机器(qi)人，就可以同时进行地面巡(xun)检和空中监视。
此外，特种机器(qi)人通过差异化(hua)竞争，在一些新兴市场拓展巨大的(de)应用潜(qian)力，例如灾害救援、医疗康复(fu)、教(jiao)育(yu)娱乐等(deng)，满(man)足(zu)了特定领域的(de)市场需求(qiu)，实现商业价值。
特种机器(qi)人推动前沿技术应用发(fa)展
浙江大学王酉教(jiao)授团队研发(fa)球形(xing)机器(qi)人的(de)最初灵感，来源(yuan)于瑞典乌普萨拉大学的(de)水星探测器(qi)课题。
球形(xing)机器(qi)人属于机器(qi)人领域一个新的(de)分支，可借鉴前人的(de)东西并不多。王酉团队在研发(fa)过程中遇到不少困难。比如，球形(xing)机器(qi)人在复(fu)杂地形(xing)下穿越障碍的(de)能力强过其他机器(qi)人。可迎面而来的(de)难题是，如何(he)让球形(xing)结构在穿越复(fu)杂地形(xing)时保持相对的(de)平衡。
该(gai)团队成员在头脑“风暴”中，利用“球形(xing)结构+摆(bai)锤驱动+高速滚动”的(de)运动原理，克服现有轮式和腿足(zu)式机器(qi)人的(de)原生(sheng)缺(que)陷。
对于无人机，续航时间和作业范围是最大的(de)挑战；对地面机器(qi)人来说，具备强大的(de)地面平台越障能力，尺寸就变大，并且更(geng)笨(ben)重。要变小(xiao)具备地面平台灵活性(xing)，越障能力就变弱(ruo)。浙江大学湖州(zhou)研究院科研团队另辟蹊径，创新研发(fa)出一款机器(qi)人。
由于在地面上滚动所消耗(hao)的(de)能量，会远远小(xiao)于空中飞行，该(gai)团队一款特种机器(qi)人的(de)应用场景是进行地面行驶，需要越障才(cai)能进行飞行。另一款履带机器(qi)人，通过三角形(xing)履带摆(bai)臂的(de)独(du)特设计，让更(geng)小(xiao)的(de)平台拥有更(geng)大的(de)地面适应能力和越障能力。
浙江大学湖州(zhou)研究院工程师王超说，他们正在测试一款会飞的(de)“机器(qi)狗”，分别在其胸腔内嵌二(er)涵(han)道(dao)，或(huo)在四条(tiao)腿上内嵌四涵(han)道(dao)，除具备快速行走(zou)、空翻、跳跃、攻击能力外，还能离地飞行3分钟，跨越河流与各种障碍。为增加电子狗飞行的(de)续航能力，他们还设计、测试小(xiao)型涡喷发(fa)动机版的(de)会飞“机器(qi)狗”。
“许多特种机器(qi)人的(de)研发(fa)设计，是从自然界中获得灵感，采用仿生(sheng)学设计，使其在某些环(huan)境和任务中表现出色，弥补(bu)了传统机器(qi)人在灵活性(xing)、适应性(xing)和执行特定任务时的(de)局限性(xing)。”刘(liu)维维说。
更(geng)为重要的(de)是，刘(liu)维维认为，特种机器(qi)人研发(fa)，引入和应用了大量新材料和制(zhi)造技术，往(wang)往(wang)需要生(sheng)物学、物理学、化(hua)学、材料科学、计算机科学等(deng)多个学科的(de)交叉合作，促进机器(qi)人产业升级换代，推动机器(qi)人学、人工智能、仿生(sheng)学等(deng)科技前沿的(de)学术研究。
尤其是现在，科研人员还要持续跟踪和引入人工智能、物联网、大数据等(deng)前沿技术，提升“变型”机器(qi)人的(de)智能化(hua)和互联化(hua)水平。
以问题为导向避免“无效(xiao)科研”
受扫(sao)地机器(qi)人启发(fa)，国网杭州(zhou)市萧山(shan)区供(gong)电公司研发(fa)人员练德强所在的(de)团队，研发(fa)了固定式、手持式、旋转式不同版本的(de)光伏发(fa)电清(qing)扫(sao)机器(qi)人，最高清(qing)扫(sao)效(xiao)率可达300平方米(mi)/小(xiao)时。
在研发(fa)过程中，他们就像运动员一样(yang)，随时感知“赛道(dao)”上的(de)变化(hua)，时刻紧跟市场脉(mai)搏；不搞“单打独(du)斗”，全面进行产学研合作，共同研发(fa)新技术、新材料，确保产品、技术始终(zhong)处于行业前沿。
“特种机器(qi)人的(de)研发(fa)和产业化(hua)，要引领市场发(fa)展方向，避免走(zou)‘闭门造车’的(de)老路子，关键在于建立一个开放(fang)、协作、市场导向的(de)创新生(sheng)态(tai)系统。”练德强说。
清(qing)华大学、浙江大学、吉林大学还与该(gai)公司建立紧密的(de)产学研合作关系，研发(fa)越来越多的(de)特种机器(qi)人在高压输电线路、地下管廊和变电站等(deng)保电关键岗位投入工作。
这也(ye)是浙江大学博士生(sheng)向澳一直在思考的(de)问题：研究院或(huo)大学科研人员需要与行业内一线工作人员进行深度交流，一方面把当前行业的(de)难点、痛点传递给科研人员，以问题为导向进行科研，避免“无用科研”；另一方面也(ye)为最新科研成果在实际(ji)生(sheng)产中寻找应用方向，用创新引领行业发(fa)展。
浙江大学湖州(zhou)研究院空天(tian)机器(qi)人研发(fa)团队设计了一款空间站舱内全人形(xing)机器(qi)人，名叫Taikobot，取自于中国航天(tian)员英文Taikonaut和机器(qi)人英文Robot的(de)结合。
而设计这款机器(qi)人的(de)初衷(zhong)，就是源(yuan)于解决实际(ji)问题的(de)需要：当前空间站主要以有人照料模式运行，依赖航天(tian)员完成在轨试验及空间站的(de)日常维护。传统的(de)空间机器(qi)人，主要以空间机械臂为代表，其成本高昂，发(fa)射(she)难度大，难以覆(fu)盖不断增长的(de)在轨服务市场，急需研制(zhi)低成本、分布式、智能化(hua)的(de)小(xiao)型在轨服务机器(qi)人。
刘(liu)维维也(ye)持这样(yang)的(de)观点。在他看来，各种各样(yang)机器(qi)人的(de)研发(fa)和产业化(hua)，要跨学科合作与资源(yuan)整合，加强与高校、科研机构的(de)合作，借助其在基础研究和前沿技术方面的(de)优势，推动技术创新和应用研究；与产业链上下游企业合作，建立开放(fang)的(de)实验室和创新中心，吸引外部研发(fa)团队和创新者(zhe)参与，共享资源(yuan)和技术，形(xing)成协同创新效(xiao)应，探索(suo)多样(yang)化(hua)的(de)商业模式，如机器(qi)人即服务（RaaS）、租赁模式、按使用量收费等(deng)，降(jiang)低用户的(de)初始投入成本，提升市场接受度；打造机器(qi)人应用生(sheng)态(tai)系统，与软件开发(fa)者(zhe)、硬(ying)件制(zhi)造商和服务提供(gong)商合作，提供(gong)一体化(hua)解决方案，增强产品竞争力。
“在新一轮科技革命和产业变革中，人工智能、人形(xing)机器(qi)人等(deng)领域新赛道(dao)不断涌现，各国都在进行前瞻性(xing)谋划和布局。”日前，工业和信息化(hua)部党组(zu)书记、部长金壮龙在国务院新闻办举行的(de)发(fa)布会上介绍：“人工智能为经(jing)济社会发(fa)展注入了新动能，正在深刻改(gai)变人们的(de)生(sheng)产生(sheng)活方式。我们要抓住科技革命和产业变革的(de)有利时机，鼓励(li)和支持企业率先布局、持续投入，构筑未来发(fa)展的(de)新优势，做好科技创新和产业创新深度融合这篇(pian)大文章。”
编辑/李天(tian)际(ji)