“刚性”机器人——采用了刚性材料、电机关节和各类复杂传感器。虽然目前刚性机器人的应用已很常见,但也只覆盖了千行百业丰富场景的冰山一角,想要真正融入人类社会生活,服务更多行业和场景,仍需克服在适应性、安全互动和成本等方面的挑战。
“软体”机器人——采用软性材料,以气/液体驱动,轻巧灵活、安全互动、易于变形,更适合与人和作业环境存在大量交互的复杂多变场景。作为一项前沿科技,软体机器人现阶段更多存在于实验室研发场景中,如软体鱼、蛇、蠕虫等形态的机器人,鲜有出现在人类生活中。在即将到来的CES 2025大展上,多款已商用推广的软体机器人将重磅亮相,为世界了解这一全新“物种”提供窗口。
机器人普及应用?
还有两大“瓶颈”必须突破
在先进制造与人工智能等新兴信息技术的快速发展下,机器人产业正成为经济发展的新引擎,引领生产力变革升级。然而,现有的各类工业机器人、服务机器人虽然种类繁多,但总体来看依然局限于工业生产、特种作业和迎宾、送餐、清洁、教育等特定生活服务领域,对于复杂多样的社会行业和场景分类,只打开了冰山一角,尚不能实现大规模普及应用。科幻片中机器人无所不在的未来世界,似乎还遥不可及——更多行业、更多场景对机器人普及应用的需求,对机器人的“适应性”与“成本”提出了更高要求,而这也恰恰是现有机器人技术的两大瓶颈:
一方面,在人类纷繁复杂的日常经济与生活场景中,从简单家务劳动到复杂服务工作,再到千奇百怪的各种行业场景……复杂多变且不规则的作业环境,以及多样化、高互动的任务,决定了机器人必须具备超强的适应性与安全性。而由于金属刚性材料、刚性关节、电机驱动等特点,常见的刚性机器人往往结构坚硬,运动自由度相对匮乏,且缺少简单的感知交互能力,更适宜在“框定”范围内,执行简单、重复的任务,如工业生产线上的装配、喷漆、切割等,或是室内、游泳池、草坪等区域的清扫维护,对复杂多变的环境、任务、外部互动则难以适应。
比如,由于无法自由弯曲或扭曲,在某些需于狭小空间内操作的任务中,机器人受自身结构所限便难于开展作业。此外,在需要与作业目标,甚至人类进行物理交互时,机器人由于其高刚度,也很容易造成意外伤害。以常见的扫地机器人为例,如何应对室内复杂的空间布局、多样的家具和物品等各类屏障;如何在作业时应对人类或宠物可能发生的干扰并保护其安全,以及如何处理不同类型或意想不到的脏污等,一直是其需要克服的主要挑战。
目前全球工业界只解决了3% - 4%的规则与刚性物品的自动化生产搬运问题,剩余96%左右的柔性异形、易损物品,仍只能使用人工上下料。此外,在一些需要人机协同的场景下,出于安全考虑,机器与人往往不能同时活动在同一空间,或是不能发生直接的物理接触,这也大大限制了人机协同的应用和效率。
另一方面,多场景下高频次的使用需求,也对机器人的成本提出挑战。麦肯锡全球研究院的报告指出,虽然自动化和机器人技术在提升生产效率方面具有显著优势,但高昂的成本仍是阻碍其广泛应用于中小企业和日常生活领域的主要障碍之一。目前,常见的机器人往往硬件构成复杂,包括控制器、传感器、精密减速器、交流伺服电机等,价格昂贵,加之复杂的控制系统和维护需求,导致整体成本居高不下,增加了终端用户长期使用的经济负担,限制了在大众市场的大规模推广。以当前普遍使用刚性机器人技术的人形机器人为例,根据MacquarieResearch在2023年发布的报告,一台人形机器人仅硬件总成本就达到5万美元,普通用户和众多企业往往难以承受。
除了生产成本外,金属件的磨损,复杂传感器的脆弱,不同部件间的缝隙等,也使得机器人在面对雨雪风沙、极热极寒等恶劣环境时,更容易受到环境影响而出现故障,影响作业效率乃至寿命,使整体使用、运维和更新成本相对难于控制。
软体机器人技术:
更多行业实现机器人赋能的理想选择
事实上,为了满足更多行业和场景的应用需求,业内一直通过各种手段在让机器人更“软”的方面做出努力,越来越多的机器人产品或解决方案开始强调“柔性”、“安全”、“灵巧”等特点。例如,现在火热的“协作臂”概念,就是试图通过更轻的材料、更灵活的关节、更多的传感器等,让机器人相对更安全,从而增加与人的互动能力。然而,这些尝试仍然局限于刚性机器人这一技术路线,没有从底层技术上进行革新,对于机器人普及所面对的两大核心瓶颈,只能不断接近,无法彻底突破。
直到2010年左右,“软体机器人技术”被美国哈佛大学的科学家推向前沿热点,并迅速推动研发成果落地,引领新一代机器人底层核心技术发展,为机器人的大规模普及应用找到了突破口。与传统刚性机器人相比,软体机器人在材料、结构、驱动方式、智能等各个方面都实现了颠覆式变革。
材料方面,软体机器人摒弃了坚硬的金属,转而采用如硅胶、弹性体等柔韧且富有弹性的复合材料,带来柔软而灵活的躯体;结构设计上,软体机器人融入了更多的柔性体腔与关节,这一创新使得它们能够轻松实现复杂多变的形态转换;至于驱动方式,软体机器人则采用了气压与液压驱动技术,通过精准调控压力的大小与方向来驱动机器人运动,从而确保动作既柔和又精准;在智能方面,由于本体的颠覆式差异,也为机器人的感知、控制和智能能力提供了全新的可能。
对更多行业和场景来说,软体机器人技术是其实现机器人赋能甚至大规模推广应用的理想选择。
极大降低了对作业目标、人员及机器人自身的伤害风险。
而成本方面,软体机器人以高分子材料为主,相比金属材料更具价格优势;同时,结合3D打印等先进技术进行定制化生产,可大幅缩短开发周期,并降低零部件生产成本。如果配备自感知能力,更无需复杂的各种传感器,成本还可进一步降低。
Pliabot®柔韧技术
让软体机器人走向通用化
目前全球仅有少数几家公司实现了软体机器人技术在部分领域的商业化应用,例如德国的Festo公司,其开发的软体机器人实现了高度的灵活性和适应性,可应用于精密装配、物料搬运等领域;英国CMR Surgical开发的一种多用途手术机器人,特别适用于腹腔镜手术,体积小,灵活度高,可以模仿人类手腕的运动,提供精细的操作能力……尽管这些案例主要集中于工业和医疗领域,但软体机器人展现出的巨大应用潜力已得到行业充分认可,为机器人的跨行业、跨场景普及应用提供了新的方向。
而着眼于更多行业和场景对机器人赋能的强烈需求,依托深耕软体机器人核心技术十余年的深厚积累与创新,万勋科技以技术的广泛应用为突破路径,首创了具备强大商业化能力的通用软体机器人技术——Pliabot®柔韧技术,为机器人普及应用提供了颠覆性的全新技术路线,打造安全、灵巧、轻盈、强韧、可负担的机器人产品与解决方案。
具备“类人肌体,过人能力”的独特性能——通过软材料仿生肌肉和神经元智能复刻人类肌肉的柔韧特性,以气压/液压驱动,结合小脑智能、大脑智能和云端智能,实现机器人本体和智能系统的全栈创新,既保留了软体机器人高适应性、安全互动、低成本的优点,又弥补了作业能力的短板,获得远超刚性机器人的负重比,更获得了比人类更强的耐久作业与灵活作业能力,具备高环境抗性、高负重比、低成本、任务泛化性、安全性五大核心优势。
这其中,“类人肌体”是Pliabot®技术强大商用能力的关键——在软体机器人领域最常见的纯软体机器人,由于软材料自身刚度低,在实际进行作业时很难控制自身的运动稳定性,以及输出有力的大负载。例如,在尝试让软体机器人执行抓取任务时,其柔软的躯体往往难以施加足够的力以稳定抓取物体。相比之下,Pliabot®柔韧机器人技术参考人类肌体,以刚柔融合的方式给软体机器人加入“骨骼”和“脊梁”,让它们既能在开展作业时 “挺起腰板”,又能依靠柔韧性提供灵活性与安全保障,达到“多刚一分则鲁莽,多柔一分则儒弱”的佳境。靠着一副天生好骨骼,满足多样化的作业需求。
Pliabot®柔韧技术以模块化开发平台,复用标准模组,开发出柔韧肌肉、柔韧关节、柔韧单臂、柔韧双臂、柔韧本体系统等多形态灵活应用,可组合各类末端执行工具及移动底盘、升降机、流水线、可穿戴设备、无人飞行器乃至机器狗、人形机器人等不同载具平台,在兼顾机器人未来形态长期演进的同时,能更加灵活地满足高空作业、新能源智驾、工业制造、商业服务、家庭服务等不同领域、行业和场景的实用性与规模应用需求,具备极强的通用性和商业化能力。
目前,万勋科技基于Pliabot® 柔韧技术推出的多款柔韧机器人产品,已应用于高空清洁、智驾充电、能源运维、应急救援、环境保护等十余个不同行业的丰富作业场景,服务全球100多个国家、地区和城市的客户。其中,业内首创的 “猎户座”系列空中柔韧机器人,创造性地将柔韧臂、柔韧关节与无人机深度整合、适配轻载/重载多系列机型,已发展出精准作业、柔韧喷洒、主动释放和接触式检测四大产品线,为高空清洁、能源运维等诸多行业提质、降本、增效;万勋原创的“麒麟座”柔韧自动充电机器人,具备独特技术路线和颠覆式性能与成本优势,非常适于规模化商用部署,目前商业化进展持续加速,为智驾体验升级和新能源车行业发展提供了新动能。
随着柔韧技术的不断迭代,软体机器人也将不断加速走进人类经济与生活,开启人机和谐共融的新生态。在此过程中,万勋科技将持续加大核心技术攻关,以通用软体机器人技术的升级与应用引领机器人技术革命,推动科技成果与更多行业的深度融合,助力人类远离艰险繁复的作业,加速机器人时代到来。
