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深圳滑坡灾难凸显救援机器人优势

2016-01-08 00:00:00   字号:T | T

作者:  编辑:加那提  


  2015年20日夜间,深圳市光明新区宝泰园发生事故共造成33栋建筑物被掩埋或不同程度受损,波及面积1万余平方米,80多人失联,救援行动昼夜不间断地进行。在灾后第一时间,现场就出现了无人机进行勘测与调查工作,中国安全产业协会会员单位——江苏八达重大的救援机器人也受命赶赴灾难现场参与救援。而在可期的将来,更多型号的救援机器人也将出现在灾难现场参与救援。结合近年来我国机器人产业的发展,救援机器人这一普通百姓眼中的“新生事物”值得期待。

  一、国外救援机器人研发和应用现状

  (一)技术研发水平高、人才储备丰富

  欧美国家在机器人领域发力较早,本身就经历了较长的技术和人才储备过程,并且得益于其较为发达的安全防护手段,社会发展已跨过安全生产事故多发阶段,反恐、灾害救援成为机器人应用的新热点。一方面,由于机器人技术是一项综合系统工程,欧美国家材料、信息技术等领域具备较强竞争力,形成了特种救援机器人应用与基础研究能力互为促进、互相提升的格局。救援机器人在材料强度、技术集成度、人工智能等方面要求更高,某些型号的救援机器人就是军用机器人的转化型号甚至属同一技术等级。另一方面,由于面临海啸、飓风等灾害的侵扰,救援机器人在欧美等国家也有了更多的用武之地,形成了天然的技术试验场所,进一步挽救了更多生命和财产损失。如日本位于环太平洋地震带边缘,地震活动频繁,日本福岛核电站爆炸事故发生后,救援机器人第一时间出现在废墟现场进行搜救工作,足见日本在机器人领域拥有世界领先的机器人研发实力。

  机器人技术集合高智力、高技术于一体,是知识密集型技术,它的发展必须依靠创造性智力劳动。技术水平是一方面,而应用型人才,则是机器人特别是救援机器人开发过程中的重要的另外一环,二者缺一不可。德国工业机器人技术在二战后异军突起,依靠的就是良好的“产学研一体化”模式,汽车生产企业一边安排学生在汽车生产线上进行实习,同时作为一线机器人操作工,也可以提出贴近实际的机器人改进建议。简单的“学、研、产单一的线性顺序”已经不再适合当今机器人的快速发展步伐。尤其在灾害救援领域,机器人的需求亟需一线救援人员的实际改进建议,以便进行贴近需求的技术开发,对应用复合型人才提出了更高的要求。

  (二)政府在机器人研发过程中发挥主导作用

  近年来,随着新兴经济体间竞争加剧,全球经济疲软,欧美发达国家开始重新重视制造业,将机器人技术视为提升国家综合竞争力、吸引制造业回归的重要手段。美国于2013年公布《美国机器人路线图—从因特网到机器人技术》,通过加大在机器人基础研究的投资、对新的机器人技术进行研发并将研发成果与制造业进行整合,希冀美国重回世界制造强国的巅峰位置。欧盟于2014年6月启动“火花”计划,预计到2020年,将投入28亿欧元用于研发民用机器人,是迄今为止世界范围内最大的民用机器人研发计划。工业机器人在德国应用广泛,在工厂服役的机器人已接近20万台,顺势而为的德国,在2011年汉诺威工业博览会推出了“工业4.0”这一工业数字化理念,不断提升自动化水平及智能机器的使用率。日本新能源产业技术总合研发机构」(NEDO)于2014年8月首度发表“机器人白皮书2014”,表达了对欧美以及中国机器人技术崛起的担忧,希望一方面保持日本在工业机器人领域的优势地位,同时提升解决顾客问题的系统整合能力,走市场化道路,顺应产业研发的新态势,继续保持日本在全球机器人市场中的优势占有率。

  (三)新兴企业成为救援机器人技术应用先锋

  救援机器人按类别属特种机器人,应用场景固定,相比工业机器人在汽车、精密加工等行业大规模应用,前者的数量几乎可以忽略不计。然而,一旦出现地震、泥石流等灾害,实施侦测、救援等任务的复杂性又非机器人或者无人机莫属。然而无论从经济性上考虑,还是从市场规模考虑,救援机器人都很难进入传统机器人公司的视野,这就给新兴技术企业创造了机会。微型新创公司Schaft,是一家由东京大学教授创办的机器人公司,成立时间不过3年,其在2013年底美国国防部先进研究项目局(DARPA)主办的先进机器人竞赛中,Schaft的救援机器人获得冠军。当时的日本社会普遍认为在救援行动中采用人形机器人是一种浪费和“噱头”,然而Schaft用自己的创新精神给这种论调进行了最好的反击。另外一家美国公司Vecna同样成立时间不超过15年,其人形战场救援机器人VecnaBEAR则显得更加贴近实际,具备可亲的外形以及下肢履带设计,可用手臂托举起200斤的受伤人员并持续“奔跑”50分钟,在复杂的地形中也可以保持上肢的稳定。

  二、我国应急救援特种机器人领域存在的问题

  (一)机器人技术来源有限,专业技术人才严重短缺

  近年来随着国家对民生关注度的不断提高,民众愈加希望看到我国自主研发的救援机器人能早日在灾难发生后发挥应有作用,然而在真实的灾难救援现场,第一时间却鲜见救援机器人的身影。这一方面是由于我国的目前我国的救援机器人研究,许多技术源头来源于国家高技术研究发展计划(863计划),技术研发来源较为有限。目前,中国科学院沈阳自动化研究所、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、中国航天科工集团、清华大学等科研单位和高校,构成了特种机器人研究的主力军,专业的团队和机构数量上,还无法支撑起我国对救援机器人的巨大需求,专业技术人才在数量上严重不足。而在国外,公司成为救援机器人研发的主要力量,政府主要在引导和税收等方面给予支持,然后通过招投标、竞赛等形式,让新颖的救援机器人得到展示,并进而得到政府部门的订单或合作,公司则通过灵活的激励措施吸引着数量众多的专业人才。

  (二)机器人制造大而不强,自主创新能力严重不足

  过去5年,中国机器人市场以年均36%的速度增长,2013年销售量攀升至36560台,同比增长60%,成为世界第一机器人大国,也是全球机器人增长速度最快的市场。据不完全统计,截至2014年底,有70余家上市公司并购或者投资了机器人、智能自动化项目,而中国机器人相关企业的数量甚至超过了4000家。有沈阳新松、华昌达、上海机电、均胜电子等超过100家A股上市公司并购或投资了机器人及智能自动化项目。然而,在投资繁荣的背后,则是我国机器人自主创新能力严重不足的隐忧。目前,我国机器人生产制造企业,依然大多从事低技术含量、低附加值的“技术集成商”角色,机器人研究目前多是借鉴外国先进技术,进行二次开发的多,自身技术创新较少,这从上述DARPA举办的机器人大赛的结果可见一斑,同类型的机器人技术在我国依然凤毛麟角。

  (三)智能化水平较低,自主型机器人发展成短板

  机器人虽然能够替代人担负繁重的体力劳动,但是在特殊领域,有其是灾害救援机器人领域,机器人在很多情况下有线、有缆机器人无法达到或者深入灾难中心,因此发展无线、遥控机器人则变得现实且急迫,这就要求机器人在无需人工介入的条件下拥有更多“智慧”。而机器人是一项高度综合集成的技术成果,尽管我国在一些人工智能关键技术,尤其是核心算法方面与发达国家水平相当,但我国人工智能整体发展水平与发达国家相比仍有较大差距,比如在高精尖零部件、技术工业、工业设计、大型智能系统、大规模应用系统以及基础平台等方面,要真正实现“人机一体”化的自主型的智能机器人的目标,依然需要巨大的投入。

  (四)核心技术及零部件依然严重依赖进口

  随着库卡、 ABB、发那科以及安川四大国际机器人厂商进入中国,并在中国市场上逐渐完成了渗透,中国的机器人产业逐渐成熟了起来。如今,四大企业在全球工业机器人市场的份额已经超过了五成,而它们在中国市场则占有更绝对的市场份额,已经超过80%。我国机器人公司在过去几年间经历了爆发式发展,全国现有机器人开发区、产业园30多个,有机器人概念的上市企业超过百家,和机器人有关的大小企业已经上千家,其中有影响力的公司700—800家。机器人的核心技术包括程序技术、控制技术、应用作业技术等,关键部件有驱动器、伺服系统、高精度的减速器,而中国的大部分企业在核心技术、核心部件、感知系统等关键方面都严重依赖进口,企业竞争力差,未来很容易重蹈“市场换技术”的尴尬局面,让机器人产业再次面临“空心化”危险。

  三、对策建议

  一是通过统筹规划加速机器人应用拓展。2013年工信部发布了《推进工业机器人产业发展指导意见》,同时也在积极筹划机器人“十三五”规划,但从总体上看,我国机器人的应用领域多数仍然处于试验性应用阶段,距产业化大规模应用仍有一定距离。而救援对机器人的整体要求更高,技术成果顺利转化,以及实地派遣救援的成功案例不多。需转变发展思路,通过加强顶层设计,就机器人在灾害救援领域的应用梳理出技术发展脉络,促进机器人研发与实地抢险救援的紧密结合,加大在火灾救援、地震抢险等现场的救援机器人的派出频次,同时将对我国灾害多发地区和险情类型确定救援机器人应用试点和示范工程,形成机器人技术进步与实地救援水平相互促进的良好互动局面。

  二是将救援机器人研发作为我国机器人核心技术的突破口之一。我国机器人行业起步较晚,技术积累不足。前文提到DARPA举办的救援机器人国际大赛,众多参赛机器人已经成功采用“人形机器人”外形设计,灵巧的双手可以进行包括开门、转动消防栓、托举伤员等众多复杂的关节运动。我国虽然已经开发出多种型号的火灾火场救援机器人以及地震灾后救援机器人,无论灵活程度还是行进速度,与国际发达的机器人技术依然存在巨大差距。救援机器人适合作为我国机器人核心技术的突破口,一是因为在特种机器人领域,更适合集中优势人才和资金进行项目攻关,二是救援机器人本身技术集成度更高,技术涵盖机器人控制器、传感器、移动技术、远程通信等部件和领域在内的多项核心技术,一旦取得技术进步,对我国机器人产业将起到巨大的提升作用,帮助国内机器人生产企业摆脱“技术集成商”的角色。

  三是通过税收减免、专项补贴等手段激发市场活力,鼓励创造创新。在我国机器人“产-学-研”体系中,研究领域较为活跃,各类高校、机器人研究所积极追踪国外先进机器人技术,且成果丰富。如上海交大研发的“六爪章鱼”灾难救援机器人,其技术水平在国内外均位居前列,而由于产业转化不足,致使给研究成果最终多数无法推向市场。政府需加快解决干预过多的问题,激发市场主体活力,考虑到企业在救援机器人这一特殊领域的盈利困境,可通过产业基金和专项资金的形式,培育市场中拥有技术的潜力公司发展壮大,并通过政府企业的合作项目,鼓励创造创新型企业在技术攻关方面发挥市场主体作用,推动救援机器人在灾害救援领域的应用走向更深层次,形成产业化发展态势,让我国机器人技术来源数量和“技术池”,得到大幅度的提高和扩充。

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