鋼鐵俠科技：為機(jī)器人安上一顆“中國心”

　　【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(dòng)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(dòng)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(dòng)腦”

　　機(jī)器人運(yùn)動(dòng)腦，是指依據(jù)機(jī)器人形態(tài)，結(jié)合正逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和人工智能技術(shù)，使機(jī)器人具備自主運(yùn)動(dòng)能力的決策系統(tǒng)。人的運(yùn)動(dòng)由小腦負(fù)責(zé)掌握平衡，大腦的一部分負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)的決策。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)腦相當(dāng)于人的小腦和大腦中負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制的部分緊密結(jié)合構(gòu)成的功能體。運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)間，擁有‘中國心’的雙足大仿人機(jī)器人就會(huì)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(jiǎng)”“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(dòng)，包括爬樓梯做一些靈活的機(jī)動(dòng)性動(dòng)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(dòng)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(huì)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(gè)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(gè)條件，首先是能源問題，單靠電池充電，無法支持其長時(shí)間持續(xù)運(yùn)動(dòng)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(tái)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(huì)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(gè)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(dòng)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(gè)過程中，研發(fā)人員需要攻克成千上萬個(gè)技術(shù)難關(guān)，有時(shí)，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(dòng)、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(huì)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(lì)下可做出主動(dòng)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(shí)提高做功效率與能量密度，解決了人工肌肉驅(qū)動(dòng)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(shí)，啟動(dòng)資金數(shù)百萬元全部是老板個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的管理機(jī)制，確保每一個(gè)項(xiàng)目、每一個(gè)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(huì)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）