不“闭门造车”特种机器人从论文里“走”出来
抢占新一轮科技革命和产业变革新赛道
不“闭门造车”特种机器人从论文里“走”出来
你能想象吗，那些出现在科幻电影中的特种机器人，已经成为日常工作生活中的得力助手。
在一个矿井巷道中飞滚而来的不是巨石和“滚地雷”，而是球形机器人；用手轻轻一抛就起飞的不是纸飞机，而是机器人；甚至连儿童动画片中会飞的“狗狗”，爬水管、电线的“蜘蛛侠”，都变成了生产一线的机器人。
前不久，记者在采访浙江省的一些科研院所和企业时发现，不少特种机器人从科研论文里“走”了出来，走向了市场货柜，上天入地下海，“大显神通”。而在这背后，是产学研开展全面合作，不走“闭门造车”老路子。
特种机器人快速崛起
在浙江省衢州市110千伏天宁变电站，有一个身高约2米的智能机器人。
在这款机器人应用之初，运行值班员们心存疑虑：“机器人能真正派上用场？”
如今，国网衢州供电公司运行值班员俞梦贤对这位“智能员工”的评价是：集成了先进的智能感知、图像识别和高精度机械臂技术，具备自主导航、红外测温和开关柜局部放电检测、倒闸操作、自主紧急分闸等功能，可代替运维人员的工作。
研发这款智能机器人的科研人员介绍，机器人技术发展至今60多年，目前国内整个行业面临的挑战是，核心技术和自主研发能力不足，产业生态尚未成熟，市场需求与供给不匹配，以及技术创新和专利布局不足，都制约了我国智能机器人产业的进一步发展。
2021年年底，工业和信息化部等十五部门印发的《“十四五”机器人产业发展规划》（以下简称《规划》）强调，要面向特殊环境作业等领域需求，重点推进特种机器人产品的研制及应用，拓展机器人产品系列，提升性能、质量和安全性，推动产品高端化、智能化发展。
从最初的简单自动化机器，到如今的复杂人工智能系统，特种机器人可以具备比传统机器人更高的灵活性、自主性和智能性，适应更多样化的应用场景。
以带电安装接地挂环工程为例，传统的作业方式是施工人员在高空中穿戴着厚重的绝缘服和手套，手持绝缘工具进行带电作业。现在引入配网接地环自动安装机器人，工作人员只需用无人机将机器人母平台挂接到导线上，待子平台携带接地环线夹上升到指定位置后，进行远程操控。整个流程有效避免高电压的伤害，大幅度提高作业人员的安全。
在电站巡检中，特种机器人还可以搭载高清摄像头、红外热像仪等多种传感器，对电站设备进行全方位的监测和诊断。它们能够轻松穿越狭窄的通道，攀爬高大的设备，甚至在复杂的电缆桥架上行动自如，实现全覆盖的巡检。
记者在采访中发现，还有三角形、轮形、球形等各种各样的特种机器人，逐渐应用在浙江省的生产一线。为什么特种机器人会在新的赛道快速崛起？
浙江大学湖州研究院重载AGV、无人化叉车项目科研骨干刘维维分析，首先，特种机器人能够根据特定应用场景进行设计，解决传统刚性结构机器人无法胜任的问题。例如，蛇形机器人可以进入狭窄的空间进行检查和维修工作。其次，这类机器人的环境适应性强。一些“变型”机器人能够更好地适应复杂和多变的环境，比如，水下机器人可以在海洋中执行任务，飞行机器人可以在空中进行监测和运输。
第三是提升效率与效果。通过针对特定任务进行优化设计，特种机器人可以大幅提升执行效率和效果。例如，农业机器人可以根据农田需求设计成特定形状和功能，提高农作物种植和收获的效率。还有一些特种机器人能够集成多种功能，完成不同任务。在地面和空中自由切换模式的机器人，就可以同时进行地面巡检和空中监视。
此外，特种机器人通过差异化竞争，在一些新兴市场拓展巨大的应用潜力，例如灾害救援、医疗康复、教育娱乐等，满足了特定领域的市场需求，实现商业价值。
特种机器人推动前沿技术应用发展
浙江大学王酉教授团队研发球形机器人的最初灵感，来源于瑞典乌普萨拉大学的水星探测器课题。
球形机器人属于机器人领域一个新的分支，可借鉴前人的东西并不多。王酉团队在研发过程中遇到不少困难。比如，球形机器人在复杂地形下穿越障碍的能力强过其他机器人。可迎面而来的难题是，如何让球形结构在穿越复杂地形时保持相对的平衡。
该团队成员在头脑“风暴”中，利用“球形结构+摆锤驱动+高速滚动”的运动原理，克服现有轮式和腿足式机器人的原生缺陷。
对于无人机，续航时间和作业范围是最大的挑战；对地面机器人来说，具备强大的地面平台越障能力，尺寸就变大，并且更笨重。要变小具备地面平台灵活性，越障能力就变弱。浙江大学湖州研究院科研团队另辟蹊径，创新研发出一款机器人。
由于在地面上滚动所消耗的能量，会远远小于空中飞行，该团队一款特种机器人的应用场景是进行地面行驶，需要越障才能进行飞行。另一款履带机器人，通过三角形履带摆臂的独特设计，让更小的平台拥有更大的地面适应能力和越障能力。
浙江大学湖州研究院工程师王超说，他们正在测试一款会飞的“机器狗”，分别在其胸腔内嵌二涵道，或在四条腿上内嵌四涵道，除具备快速行走、空翻、跳跃、攻击能力外，还能离地飞行3分钟，跨越河流与各种障碍。为增加电子狗飞行的续航能力，他们还设计、测试小型涡喷发动机版的会飞“机器狗”。
“许多特种机器人的研发设计，是从自然界中获得灵感，采用仿生学设计，使其在某些环境和任务中表现出色，弥补了传统机器人在灵活性、适应性和执行特定任务时的局限性。”刘维维说。
更为重要的是，刘维维认为，特种机器人研发，引入和应用了大量新材料和制造技术，往往需要生物学、物理学、化学、材料科学、计算机科学等多个学科的交叉合作，促进机器人产业升级换代，推动机器人学、人工智能、仿生学等科技前沿的学术研究。
尤其是现在，科研人员还要持续跟踪和引入人工智能、物联网、大数据等前沿技术，提升“变型”机器人的智能化和互联化水平。
以问题为导向避免“无效科研”
受扫地机器人启发，国网杭州市萧山区供电公司研发人员练德强所在的团队，研发了固定式、手持式、旋转式不同版本的光伏发电清扫机器人，最高清扫效率可达300平方米/小时。
在研发过程中，他们就像运动员一样，随时感知“赛道”上的变化，时刻紧跟市场脉搏；不搞“单打独斗”，全面进行产学研合作，共同研发新技术、新材料，确保产品、技术始终处于行业前沿。
“特种机器人的研发和产业化，要引领市场发展方向，避免走‘闭门造车’的老路子，关键在于建立一个开放、协作、市场导向的创新生态系统。”练德强说。
清华大学、浙江大学、吉林大学还与该公司建立紧密的产学研合作关系，研发越来越多的特种机器人在高压输电线路、地下管廊和变电站等保电关键岗位投入工作。
这也是浙江大学博士生向澳一直在思考的问题：研究院或大学科研人员需要与行业内一线工作人员进行深度交流，一方面把当前行业的难点、痛点传递给科研人员，以问题为导向进行科研，避免“无用科研”；另一方面也为最新科研成果在实际生产中寻找应用方向，用创新引领行业发展。
浙江大学湖州研究院空天机器人研发团队设计了一款空间站舱内全人形机器人，名叫Taikobot，取自于中国航天员英文Taikonaut和机器人英文Robot的结合。
而设计这款机器人的初衷，就是源于解决实际问题的需要：当前空间站主要以有人照料模式运行，依赖航天员完成在轨试验及空间站的日常维护。传统的空间机器人，主要以空间机械臂为代表，其成本高昂，发射难度大，难以覆盖不断增长的在轨服务市场，急需研制低成本、分布式、智能化的小型在轨服务机器人。
刘维维也持这样的观点。在他看来，各种各样机器人的研发和产业化，要跨学科合作与资源整合，加强与高校、科研机构的合作，借助其在基础研究和前沿技术方面的优势，推动技术创新和应用研究；与产业链上下游企业合作，建立开放的实验室和创新中心，吸引外部研发团队和创新者参与，共享资源和技术，形成协同创新效应，探索多样化的商业模式，如机器人即服务（RaaS）、租赁模式、按使用量收费等，降低用户的初始投入成本，提升市场接受度；打造机器人应用生态系统，与软件开发者、硬件制造商和服务提供商合作，提供一体化解决方案，增强产品竞争力。
“在新一轮科技革命和产业变革中，人工智能、人形机器人等领域新赛道不断涌现，各国都在进行前瞻性谋划和布局。”日前，工业和信息化部党组书记、部长金壮龙在国务院新闻办举行的发布会上介绍：“人工智能为经济社会发展注入了新动能，正在深刻改变人们的生产生活方式。我们要抓住科技革命和产业变革的有利时机，鼓励和支持企业率先布局、持续投入，构筑未来发展的新优势，做好科技创新和产业创新深度融合这篇大文章。”（记者李剑平）