鋼鐵俠科技：為機器人安上一顆“中國心”

　　【本報記者孫永劍】在崎嶇不平的山地，身長90厘米、寬65厘米，自身重量45公斤的六足機器狗，馱著10公斤以上物資，爬坡、下坡、平移，靈巧地運動著。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器人研發(fā)方面的最新成果。該公司項目經(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)五代雙足大仿人機器人ARTROBOT，提出機器人“運動腦”概念和設(shè)計架構(gòu)，深入研究機器人智能和控制技術(shù)，持續(xù)開發(fā)機器人操作系統(tǒng)ROS。

　　攻關(guān)：打造機器人“運動腦”

　　機器人運動腦，是指依據(jù)機器人形態(tài)，結(jié)合正逆向運動學(xué)、動力學(xué)和人工智能技術(shù)，使機器人具備自主運動能力的決策系統(tǒng)。人的運動由小腦負責掌握平衡，大腦的一部分負責運動的決策。機器人的運動腦相當于人的小腦和大腦中負責運動控制的部分緊密結(jié)合構(gòu)成的功能體。運動腦的實現(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，機器人運動腦技術(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器人產(chǎn)品，可以看到機器人運動腦是機器人走向?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“中國商用機器人最佳品牌”“最佳技術(shù)創(chuàng)新獎”“中國最佳特種機器人”“國家服務(wù)機器人示范單位”“技術(shù)突破示范單位”等榮譽，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項機器人國家標準，已經(jīng)公布實施。

　　記者采訪了解到，目前，仿人機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)計更為復(fù)雜，技術(shù)標準更高，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動性動作，難度相當大。

　　為此，技術(shù)人員專門設(shè)計制作一款機器人步態(tài)行走控制器，主要解決機器人行走過程中的扭矩、負重、平衡、速度控制等問題，使機器人行走平穩(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，機器人栽倒的風險比較大。另外，這兩種動作帶來的能源消耗也相當大，在實驗室環(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)上看到的波士頓機器人跳躍的視頻，采用的是液壓控制，而非電控。

　　愿景：“走進尋常百姓家”

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

　　“從長遠看，這是所有仿人機器人設(shè)計師共同向往并為之而努力的。”任美霞表示，但就目前而言，這一目標的實現(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，其成本都相當昂貴，尤其是，仿人機器人的研發(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，仿人機器人才有可能制作成消費級產(chǎn)品。”任美霞表示。

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

　　就以六足機器狗來說，看似簡單一致的六條腿，其實每條腿都是一個單獨子系統(tǒng)，都要經(jīng)歷從設(shè)計、制造到安裝的單獨過程，絕非簡單復(fù)制。而這六條腿也都要服從于“運動腦”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。

　　而仿人機器人上半身設(shè)計制造相對容易，其功能主要涉及手臂擺動、語音交互、人機對話，以及運用雙臂搬運物品等。目前，鋼鐵俠科技生產(chǎn)的仿人機器人，雙臂承重能力為十幾公斤。任美霞表示，機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。之后又引入風險投資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)校共建實驗室，協(xié)同育人等方式，幫助學(xué)校提高在機器人相關(guān)專業(yè)的教學(xué)水平。今年，公司通過協(xié)辦中國機器人及人工智能大賽等比賽，迎來了新的業(yè)務(wù)增長點，預(yù)測今年教育板塊營業(yè)額可以達到數(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月份實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)巡檢機器人，采摘、碼垛機器人的批量交付，預(yù)計農(nóng)業(yè)板塊年營業(yè)額也將突破5000萬元。

　　經(jīng)過技術(shù)不斷迭代，2022年，鋼鐵俠科技決定進入軍工領(lǐng)域，主推虛擬現(xiàn)實軟硬件和特種機器人產(chǎn)品，公司陸續(xù)跟中國兵器工業(yè)集團、航天科技集團、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)計也將突破數(shù)千萬元。

　　三個板塊加在一起，今年營業(yè)額預(yù)計實現(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)量管理體系認證。每一個零部件選型、組裝、測試都嚴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)的管理機制，確保每一個項目、每一個產(chǎn)品都能順利地交付到客戶的手中。

　　“我們以人形機器人為技術(shù)源頭，不斷輸出衍生品，擴大行業(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）