拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展 納米機(jī)器人正在走向市場(chǎng)

作為一種前沿技術(shù)研究領(lǐng)域，納米機(jī)器人正在從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，對(duì)此美國(guó)密歇根州立大學(xué)電氣及計(jì)算機(jī)工程系教授、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所席寧指出，以納米機(jī)器人為代表的超限機(jī)器人技術(shù)，有望拉動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并將會(huì)成為一個(gè)極為重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域飛速擴(kuò)展

　　席寧指出，當(dāng)機(jī)器人最開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)候，機(jī)器人和人在同樣的環(huán)境里進(jìn)行工作，發(fā)展機(jī)器人主要的目的是代替人。由于信息技術(shù)的發(fā)展，從機(jī)器人簡(jiǎn)單的代替人，現(xiàn)在發(fā)展到可以擴(kuò)展人的能力，機(jī)器人除了能夠干一些人能干不想干的工作以外，還能干一些人干不了工作。比如機(jī)器人聯(lián)網(wǎng)后，人可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制遠(yuǎn)處的機(jī)器人，就可以做一些人夠不著、摸不著的事情，所以信息技術(shù)給機(jī)器人提供了新的動(dòng)力，同時(shí)也提供了新的應(yīng)用。

　　另一方面，納米和微納米技術(shù)的發(fā)展也給機(jī)器人提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域。比如在微納米領(lǐng)域，最具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題就是環(huán)境非常小，人類(lèi)要操作的位置也非常小，現(xiàn)在機(jī)器人把原來(lái)看不見(jiàn)、摸不著的東西變得能看到、能摸著，擴(kuò)展了人在微小環(huán)境里的加工能力。而生物技術(shù)的發(fā)展也給機(jī)器人提供了很多新的應(yīng)用領(lǐng)域，但是生物領(lǐng)域跟傳統(tǒng)的制造業(yè)不太一樣，因?yàn)榧?xì)胞生活在特定的生理?xiàng)l件下，要把機(jī)器人技術(shù)推廣到這個(gè)領(lǐng)域，不僅是操作的物質(zhì)很小，環(huán)境也很特別。

　　所以從這幾個(gè)方面講，機(jī)器人能夠擴(kuò)展人的能力，能夠克服距離給人帶來(lái)的困難，也能克服尺度給人帶來(lái)的困難，還能夠克服環(huán)境給人帶來(lái)的困難，比如生理環(huán)境。綜合起來(lái)，機(jī)器人除了簡(jiǎn)單的代替人以外，還能拓展人的能力，這就是超限機(jī)器人，可以超越人的限度，克服距離、尺度和環(huán)境給人類(lèi)帶來(lái)的困難。

　　信息技術(shù)帶來(lái)的新角色

　　機(jī)器人最重要的應(yīng)用就是自動(dòng)化，機(jī)器人是自動(dòng)化的工具。但是要達(dá)到自動(dòng)化的目的，首先要有機(jī)器人，同時(shí)還要有傳感器，這兩個(gè)東西結(jié)合起來(lái)才能產(chǎn)生自動(dòng)化。因?yàn)橥ㄟ^(guò)傳感器可以把物理世界的信息變成數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析可以作決策，反過(guò)來(lái)作用到物理世界上，這就是自動(dòng)化的過(guò)程。

　　現(xiàn)在機(jī)器人和傳感器變成了一個(gè)從信息世界、數(shù)據(jù)和物理世界中間的交互工具，所以機(jī)器人從簡(jiǎn)單的代替人的工具變成了一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，這個(gè)就是信息技術(shù)發(fā)展帶給機(jī)器人的新角色。

　　通過(guò)機(jī)器人聯(lián)網(wǎng)，可以形成所謂的物聯(lián)網(wǎng)，機(jī)器人通過(guò)傳感器可以監(jiān)測(cè)環(huán)境，同時(shí)還可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人可以遠(yuǎn)程使用加工設(shè)備進(jìn)行加工。這樣可以把原來(lái)距離給人類(lèi)帶來(lái)的困難通過(guò)機(jī)器人技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)克服了。同時(shí)還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一些醫(yī)療的診斷和治療，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讓機(jī)器人做一些安全和國(guó)防方面的工作。

　　在開(kāi)發(fā)技術(shù)方面，現(xiàn)在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器人的結(jié)合，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的感知和操作，這樣網(wǎng)絡(luò)不僅能夠傳播信息、數(shù)據(jù)、聲音等多媒體信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)還可以傳播動(dòng)作、感覺(jué)，把這些動(dòng)作、感覺(jué)和傳統(tǒng)的聲音、圖像結(jié)合起來(lái)，就要叫超媒體。

　　縮小了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和用戶(hù)的距離

　　席寧指出，在制造方面，現(xiàn)在很多工廠都是由于勞動(dòng)力價(jià)格的原因設(shè)置在別的國(guó)家。比如美國(guó)汽車(chē)的座椅是在美國(guó)設(shè)計(jì)的，但是生產(chǎn)可能在墨西哥生產(chǎn)，所以要對(duì)座椅的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。通常可以用人直接觸摸就可以感知軟硬程度并進(jìn)行打分，判斷椅子是否達(dá)到要求。但在遠(yuǎn)程的情況下，則可以通過(guò)機(jī)器人技術(shù)，機(jī)器人帶有傳感器，通過(guò)觸摸把感覺(jué)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳過(guò)去，設(shè)計(jì)人員在遠(yuǎn)程再通過(guò)觸摸裝置，便可以達(dá)到直接觸摸椅子的感覺(jué)完全一樣的感覺(jué)，這樣能夠進(jìn)行質(zhì)量控制以及幫助他們進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)機(jī)器人和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就把生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中間的距離縮短了。

　　同時(shí)，人們還可以用這種技術(shù)進(jìn)行客戶(hù)定制，比如去買(mǎi)車(chē)，每個(gè)椅子都是一樣，但是如果有這個(gè)機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型把感覺(jué)再現(xiàn)出來(lái)，買(mǎi)車(chē)的時(shí)候可以一直摸，直到選出合適的，然后根據(jù)數(shù)據(jù)造出一個(gè)椅子，滿(mǎn)足你的需求。正是基于此，機(jī)器人技術(shù)把設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和用戶(hù)之間的距離縮小了。

　　當(dāng)前，微納米技術(shù)給機(jī)器人的發(fā)展有什么推動(dòng)和新的應(yīng)用？席寧指出，微納米技術(shù)的發(fā)展重要的方面是出現(xiàn)了很多新的材料，如納米碳管、石墨烯，把這些材料變成有用的裝置，比如傳感器、電子元器件，其中很重要的過(guò)程就是制造過(guò)程。

　　制造業(yè)應(yīng)用機(jī)器人最成功

　　席寧表示，機(jī)器人技術(shù)最成功的應(yīng)用領(lǐng)域是制造業(yè)，特別是汽車(chē)制造業(yè)。大概有90%的工業(yè)機(jī)器人都用于汽車(chē)制造的過(guò)程。但生物醫(yī)藥領(lǐng)域的產(chǎn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽車(chē)行業(yè)，但是在新藥開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，很多過(guò)程都是人工的，且開(kāi)發(fā)成本是非常高。如何把這個(gè)過(guò)程變成自動(dòng)化是一個(gè)非常重要的工作，是今天醫(yī)藥行業(yè)面臨的一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

　　現(xiàn)在開(kāi)發(fā)一個(gè)新藥要10~15年的時(shí)間，要花10億~15億美元。像輝瑞制藥這樣的公司每年只能開(kāi)發(fā)出1~2個(gè)新藥，花費(fèi)的錢(qián)很多。人類(lèi)卻不斷出現(xiàn)新的疾病，病越來(lái)越多，研發(fā)藥物的費(fèi)用越來(lái)越高，出現(xiàn)的新藥越來(lái)越少，是人類(lèi)面臨的很大挑戰(zhàn)，解決這個(gè)問(wèn)題重要的途徑就是把新藥開(kāi)發(fā)的過(guò)程自動(dòng)化，如果能夠自動(dòng)化，帶來(lái)的效益是非常高的。所以如何把機(jī)器人技術(shù)用于新藥開(kāi)發(fā)過(guò)程值得研究。

　　整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的產(chǎn)值是8650億美元，人們估算機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生了6560億美元的產(chǎn)值，如果不用機(jī)器人、自動(dòng)化，現(xiàn)在的產(chǎn)值也就2000多億美元，自動(dòng)化和機(jī)器人帶來(lái)了6000多億美元的產(chǎn)值。如果用同樣的模式把這個(gè)轉(zhuǎn)移到制藥工業(yè)，比汽車(chē)產(chǎn)值大，能夠達(dá)到9800億美元，而且自動(dòng)化程度非常低，潛在的產(chǎn)值有6800多億美元的空間。如果能夠成功的把機(jī)器人和自動(dòng)化用于新藥開(kāi)發(fā)，產(chǎn)生像今天汽車(chē)工業(yè)這么大的應(yīng)用，能夠創(chuàng)造五六千億美元的產(chǎn)值，這是潛在非常大。但問(wèn)題和挑戰(zhàn)也是很大，困難也是很多的。

　　在這方面，席寧和他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)化的系統(tǒng)，就像今天生產(chǎn)的自動(dòng)化一樣，不是裝配零件而是開(kāi)發(fā)新藥，以提高新藥開(kāi)發(fā)的效率。

　　總之，機(jī)器人技術(shù)除了代替人以外，更重要還能拓展人的功能，能夠做一些人做不到的事情，通過(guò)跟信息技術(shù)結(jié)合可以在遠(yuǎn)處進(jìn)行感知和控制。通過(guò)納米機(jī)器人可以在微小的環(huán)境中進(jìn)行感知和控制，能夠克服由于距離、尺度、環(huán)境給人帶來(lái)的困難，然后進(jìn)行操作和控制。

來(lái)源：中國(guó)機(jī)床網(wǎng)