鋼鐵俠科技:為機(jī)器人安上一顆“中國心”

2023年06月13日13:08來源:中華工商時報(bào)

  【本報(bào)記者孫永劍】在崎嶇不平的山地,身長90厘米、寬65厘米,自身重量45公斤的六足機(jī)器狗,馱著10公斤以上物資,爬坡、下坡、平移,靈巧地運(yùn)動著。在普通寫字樓里,身高137厘米,體重50公斤的雙足仿人機(jī)器人,平穩(wěn)地行走、上下樓梯……這些十多年前還充滿科幻色彩的場景,如今已真實(shí)發(fā)生在我們身邊。

  日前,在北京鋼鐵俠科技有限公司(以下簡稱鋼鐵俠科技)的工作人員向記者展示他們在仿人機(jī)器人研發(fā)方面的最新成果。該公司項(xiàng)目經(jīng)理任美霞告訴記者,從2015年成立至今,鋼鐵俠科技已成功研發(fā)五代雙足大仿人機(jī)器人ARTROBOT,提出機(jī)器人運(yùn)動腦概念和設(shè)計(jì)架構(gòu),深入研究機(jī)器人智能和控制技術(shù),持續(xù)開發(fā)機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS。

  攻關(guān):打造機(jī)器人運(yùn)動腦

  機(jī)器人運(yùn)動腦,是指依據(jù)機(jī)器人形態(tài),結(jié)合正逆向運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和人工智能技術(shù),使機(jī)器人具備自主運(yùn)動能力的決策系統(tǒng)。人的運(yùn)動由小腦負(fù)責(zé)掌握平衡,大腦的一部分負(fù)責(zé)運(yùn)動的決策。機(jī)器人的運(yùn)動腦相當(dāng)于人的小腦和大腦中負(fù)責(zé)運(yùn)動控制的部分緊密結(jié)合構(gòu)成的功能體。運(yùn)動腦的實(shí)現(xiàn)需要大量的條件反射、神經(jīng)中樞和通信系統(tǒng)。由此可見,機(jī)器人運(yùn)動腦技術(shù)是典型的多學(xué)科交叉關(guān)鍵技術(shù),是腦科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、力學(xué)、機(jī)器人學(xué)和人工智能技術(shù)的交叉領(lǐng)域。綜合比較世界上所有的智能機(jī)器人產(chǎn)品,可以看到機(jī)器人運(yùn)動腦是機(jī)器人走向?qū)嵱没谋亟?jīng)之路。

  隨著國內(nèi)高新技術(shù)不斷發(fā)展與突破,相信用不了幾年時間,擁有中國心的雙足大仿人機(jī)器人就會出現(xiàn)在大眾視野中。任美霞說。據(jù)了解,該公司已獲得中國商用機(jī)器人最佳品牌”“最佳技術(shù)創(chuàng)新獎”“中國最佳特種機(jī)器人”“國家服務(wù)機(jī)器人示范單位”“技術(shù)突破示范單位等榮譽(yù),被評為北京市專精特新中小企業(yè)。目前,該公司參與制定6項(xiàng)機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)公布實(shí)施。

  記者采訪了解到,目前,仿人機(jī)器人分為輪式和足式,鋼鐵俠科技主要從事后者研發(fā)。相對于前者,后者設(shè)計(jì)更為復(fù)雜,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更高,也更為尖端。任美霞介紹,尤其下肢,其雙足基線行走、下蹲和扭動,包括爬樓梯做一些靈活的機(jī)動性動作,難度相當(dāng)大。

  為此,技術(shù)人員專門設(shè)計(jì)制作一款機(jī)器人步態(tài)行走控制器,主要解決機(jī)器人行走過程中的扭矩、負(fù)重、平衡、速度控制等問題,使機(jī)器人行走平穩(wěn)。

  不過,跑和跳目前還難以完成,主要問題在于,由于系統(tǒng)穩(wěn)定性問題尚未得到很好解決,機(jī)器人栽倒的風(fēng)險(xiǎn)比較大。另外,這兩種動作帶來的能源消耗也相當(dāng)大,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,哪怕輕輕一跳,都會消耗大約5%電量。人們在網(wǎng)絡(luò)上看到的波士頓機(jī)器人跳躍的視頻,采用的是液壓控制,而非電控。

  愿景:走進(jìn)尋常百姓家

  仿人機(jī)器人能否走進(jìn)生活、走進(jìn)尋常百姓家,這是個普遍關(guān)心的問題。

  從長遠(yuǎn)看,這是所有仿人機(jī)器人設(shè)計(jì)師共同向往并為之而努力的。任美霞表示,但就目前而言,這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還受限于幾個條件,首先是能源問題,單靠電池充電,無法支持其長時間持續(xù)運(yùn)動所需電量。其次,其使用的鋁合金、鈦合金、碳鋼等,以及未來將使用的人工智能肌肉材料,其成本都相當(dāng)昂貴,尤其是,仿人機(jī)器人的研發(fā)成本,每臺基本上都在四五百萬元左右,這些費(fèi)用一旦攤在每一件產(chǎn)品上,非普通家庭所能承受。

  如果能夠解決這兩大瓶頸問題,仿人機(jī)器人才有可能制作成消費(fèi)級產(chǎn)品。任美霞表示。

  而最重要的是,要想讓仿人機(jī)器人進(jìn)入百姓生活,必須讓其學(xué)會自如行走,并能運(yùn)用靈活的上肢與人類發(fā)生交互,任美霞對此深有感觸。

  就以六足機(jī)器狗來說,看似簡單一致的六條腿,其實(shí)每條腿都是一個單獨(dú)子系統(tǒng),都要經(jīng)歷從設(shè)計(jì)、制造到安裝的單獨(dú)過程,絕非簡單復(fù)制。而這六條腿也都要服從于運(yùn)動腦的統(tǒng)一指揮。但這一成果目前還主要應(yīng)用于軍事和尖端領(lǐng)域。

  能夠讓六條腿既能協(xié)調(diào)一致,又能單獨(dú)應(yīng)對復(fù)雜地形的變化,在這個過程中,研發(fā)人員需要攻克成千上萬個技術(shù)難關(guān),有時,壓力令大家成宿難以入睡。她說。

  而仿人機(jī)器人上半身設(shè)計(jì)制造相對容易,其功能主要涉及手臂擺動、語音交互、人機(jī)對話,以及運(yùn)用雙臂搬運(yùn)物品等。目前,鋼鐵俠科技生產(chǎn)的仿人機(jī)器人,雙臂承重能力為十幾公斤。任美霞表示,機(jī)器人承重能力與制造材料有關(guān)。目前所使用的是碳鋼材、鋁合金、鈦合金等,未來使用人工智能肌肉材料,會使機(jī)器人承重能力得到很大提升。

  記者獲悉,目前,我國人工智能肌肉材料研發(fā)已取得重大突破,這類材料在外界激勵下可做出主動響應(yīng),使能量轉(zhuǎn)換效率更高,克服了傳統(tǒng)人工肌肉存在的局限性,使其不僅可以收縮而且能夠身長,同時提高做功效率與能量密度,解決了人工肌肉驅(qū)動性能的電容依賴性問題。

  破題:構(gòu)建成熟業(yè)務(wù)模式

  如果說,研發(fā)過程中遇到的技術(shù)難題,足以讓科研人員備受折磨,那么,研發(fā)所需資金更是一度壓得人喘不過氣。2015年公司成立時,啟動資金數(shù)百萬元全部是老板個人出資。之后又引入風(fēng)險(xiǎn)投資3500多萬元。在這種情況下,公司急需構(gòu)建成熟的盈利模式。任美霞說。

  談到鋼鐵俠科技的業(yè)務(wù)發(fā)展,任美霞表示,公司最早業(yè)務(wù)布局在教育板塊,目前全國已經(jīng)超過500多所大學(xué)與鋼鐵俠科技開展合作,通過和學(xué)校共建實(shí)驗(yàn)室,協(xié)同育人等方式,幫助學(xué)校提高在機(jī)器人相關(guān)專業(yè)的教學(xué)水平。今年,公司通過協(xié)辦中國機(jī)器人及人工智能大賽等比賽,迎來了新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn),預(yù)測今年教育板塊營業(yè)額可以達(dá)到數(shù)千萬元。

  另外,在農(nóng)業(yè)板塊,公司2022年已經(jīng)和中國建材取得合作,與該公司旗下的一個農(nóng)業(yè)公司簽了三年7.7億元的產(chǎn)品研發(fā)框架協(xié)議,今年5月份實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)巡檢機(jī)器人,采摘、碼垛機(jī)器人的批量交付,預(yù)計(jì)農(nóng)業(yè)板塊年?duì)I業(yè)額也將突破5000萬元。

  經(jīng)過技術(shù)不斷迭代,2022年,鋼鐵俠科技決定進(jìn)入軍工領(lǐng)域,主推虛擬現(xiàn)實(shí)軟硬件和特種機(jī)器人產(chǎn)品,公司陸續(xù)跟中國兵器工業(yè)集團(tuán)、航天科技集團(tuán)、軍事科學(xué)院、西部戰(zhàn)區(qū)、北部戰(zhàn)區(qū)、空軍指揮學(xué)院等單位產(chǎn)生合作,軍工板塊業(yè)績預(yù)計(jì)也將突破數(shù)千萬元。

  三個板塊加在一起,今年?duì)I業(yè)額預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)過億元。

  另外,鋼鐵俠科技已建立專門的采購部門對接產(chǎn)業(yè)上游供應(yīng)鏈,連續(xù)多年獲得ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證。每一個零部件選型、組裝、測試都嚴(yán)格按照客戶要求來執(zhí)行,在市場銷售、產(chǎn)品交付及售后管理方面,該公司積極采用數(shù)字化軟件輔助指導(dǎo),每一個環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的管理機(jī)制,確保每一個項(xiàng)目、每一個產(chǎn)品都能順利地交付到客戶的手中。

  我們以人形機(jī)器人為技術(shù)源頭,不斷輸出衍生品,擴(kuò)大行業(yè)應(yīng)用范圍。鋼鐵俠科技董事長張銳表示,隨著公司研發(fā)積累和資源積累,鋼鐵俠科技會把更多的好技術(shù)、好產(chǎn)品帶給千家萬戶、帶入各行各業(yè)。

(編輯 李海潮)