形似而神不似，仿生機器人如何突出重圍？

原標(biāo)題：形似而神不似，仿生機器人如何突出重圍？

文|柯鳴

來源|智能相對論（aixdlun）

在電影《機器人瓦力》中，可愛的WALL-E(Waste Allocation Load Lifter Earth Class，地球版垃圾配置承載起重機，中文名瓦力)，作為地球上最后一臺垃圾處理機器人，地球上早已不適宜人類生存，瓦利將地球上的垃圾處理成一個個的方塊疊加起來，然后通過電視中殘留的印象感受愛情。

電影照進(jìn)現(xiàn)實，F(xiàn)esto近日發(fā)布仿海扁蟲機器魚BionicFinWave，我們先來看看它令人驚艷的美感：

這款仿生機器人在水里游起來動作十分自然、流暢，簡直可以用美妙來形容。根據(jù)外媒介紹，BionicFinWave以兩片柔軟的矽膠（Silicone）代替烏賊肉鰭，透過左右各9個支點協(xié)助進(jìn)行波浪狀拍動。

同樣，這款仿生機器人也貫徹了Festo一貫的宗旨——美到驚艷，卻基本沒啥用處。雖然其在產(chǎn)品介紹中，竭力說明仿生魚的用處，諸如深海探測、數(shù)據(jù)收集等，但是并沒有成熟的落地應(yīng)用。

仿生機器人，最早可以追溯至中國三國時期的木牛流馬以及1893年由Rygg設(shè)計的機械馬，其發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了相當(dāng)長的時間。隨著對于仿生機器人認(rèn)識的不斷深化，人們對其的研究也走向了“第四階段”：即構(gòu)建結(jié)構(gòu)與生物特征一體化的類生命系統(tǒng)，強調(diào)仿生機器人不僅具有生物的形態(tài)特征和運動方式，同時具備生物的自我感知、自我控制等性能特性，更接近生物原型。目前大熱仿生腦和仿生神經(jīng)也屬于此類方向。

仿生機器人發(fā)展歷程

“形似而神不似”，仿生機器人怎么了？

仿生機器人發(fā)展至今，“研究大于功效”是目前所普遍存在的一種情況。許多仿生機器人都有著概念上的強大效力，比如說波士頓動力早期非常出名的“大狗機器人”。這款能像真的獵犬一樣前進(jìn)、翻閱障礙的四足機器人，原本是給軍方提供的戰(zhàn)場輔助機器人，大狗在視頻上看著機動力非常強勁，但是當(dāng)其實際交付時，極大的噪音讓其戰(zhàn)場輔助的功效也隨之湮滅。

從市面上已有的仿生機器人的表現(xiàn)來看，其應(yīng)用并未十分理想。究其原因，智能相對論（aixdlun）分析師柯鳴認(rèn)為，形似而難以神似的仿生機器人，有幾個問題難題仍需突破。

1.過于簡單的生物機理模型

作為仿生機器人，其目的是為了能夠延伸或替代生物體的部分功能，以達(dá)到便捷特定場景工作的功效。而從目前的發(fā)展情況來看，仿生機器人模型建立過于簡化、研究結(jié)果不夠深入等問題，使得仿生機器人樣機與生物實際的功能相距甚遠(yuǎn)。

畢竟，生物體是一個相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，每一個動作和功能都是由骨骼、肌肉、神經(jīng)系統(tǒng)等多方面協(xié)調(diào)的結(jié)果，并非一個簡單的程序可以替代。另一方面，生物機理的研究要結(jié)合大量的試驗，而現(xiàn)有試驗條件及研究方法過于單一，無法完全滿足相應(yīng)生物運動規(guī)律的觀測要求。

此外，落地結(jié)果不盡如人意的原因還在于跨學(xué)科協(xié)作太少。畢竟，仿生機器人作為一個再現(xiàn)生物機理的模式，其需要比如腦科學(xué)、生物科學(xué)等多種學(xué)科的研究成果，這也意味著想要實現(xiàn)對生物機理的準(zhǔn)確建模和分析，依然有著很長的路要走。

2.難以量產(chǎn)的高昂價格

今年五月，波士頓動力公司展示了雙足機器人Atlas的最新進(jìn)展，視頻中，Atlas不僅可以在戶外環(huán)境下自由奔跑，而且能自主跨越障礙物。雖然Atlas進(jìn)步很大，但不可否認(rèn)的是，與《西部世界》中高度智能化的接待員相比，Atlas就像一個剛出生的嬰兒。

而這個“嬰兒”，并不便宜。作為還沒有完全投入使用的仿生機器人，其研發(fā)和制作成本達(dá)數(shù)百萬美金，想要做到量產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化依然有著相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。在落地的產(chǎn)品中，在工博會上展出的仿生機器人，其成本要20余萬元，而就單機器人外殼成本則需2萬元，綜合售價也高達(dá)30萬，這是一般企業(yè)難以承擔(dān)的。

此外，目前我國的部分仿生機器人生產(chǎn)缺乏核心零部件的生產(chǎn)能力，這也導(dǎo)致了其高昂的生產(chǎn)成本。實際上，國內(nèi)理論研究、市場應(yīng)用、制造水平與國外差距不大，而關(guān)鍵的基礎(chǔ)元器件，如電機、減速器、傳感器則依賴進(jìn)口，這大大提高了機器人的生產(chǎn)成本。

3.無法克服的應(yīng)用之殤

作為仿生機器人，隱蔽、難以分辨及被察覺是其一大優(yōu)勢，目前所研制的機器魚或水下滑翔機，可以秘密潛入敵海軍基地乃至抵近敵艦艇進(jìn)行偵查乃至破壞。但是，在陸地和空中時由于刻意模仿生物的運動模式，對機器能源的利用過于低效，像機器鳥還存在有效載荷太小的問題，因此嚴(yán)重限制了其使用范圍。

比如，網(wǎng)紅機器人“獵豹”。這款機器人用四足奔跑，可以達(dá)到時速47公里。用機器的方式超越了所有哺乳動物的運動極限。但它的問題是這種速度的耗電量實在過大。如果不能連接大量電纜，其使用時長僅為幾十分鐘。

成本太高、維修太難、能耗太大、噪音太強，這一切似乎都成為了仿生機器人落地的攔路虎。也正是這樣一些因素，使得許多仿生足機器人距離實際應(yīng)用還有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，而目前，我們也就只能在YouTube上看看他們的神奇表演了。

仿生機器人該如何突圍？

存在即合理，仿生機器人的出現(xiàn)，是符合當(dāng)前機器人發(fā)展趨勢的。其在應(yīng)用過程中雖然有諸多不夠完善之處，但是其有著相當(dāng)大的發(fā)展前景，仿生機器人，依然可以突出重圍。

1.革新智能化材料與控制方式

顯然，隨著仿生機器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼材、塑料的傳統(tǒng)材料難以滿足更為復(fù)雜的場景應(yīng)用，而使用與生物性能更加接近的仿生材料，可以降低能耗、增強效率。

比如水下仿生機器人的設(shè)計中，通過采用新型的柔性材料進(jìn)行仿生魚的設(shè)計，可以更好地實現(xiàn)仿生魚游動速度快、運動靈活的特點 。

在仿生機器人的發(fā)展中，如果未來可以摒棄傳統(tǒng)的機器人控制方式，進(jìn)一步深入開發(fā)研究肌電信號控制、腦電信號控制等仿生控制方式，通過神經(jīng)元進(jìn)行仿生機器人的精細(xì)控制，并在多感知信息融合、 遠(yuǎn)程監(jiān)控、多機器人協(xié)調(diào)控制等方面獲得突破，實現(xiàn)更加精確、適應(yīng)性更高、響應(yīng)更加快速的控制過程及良好的環(huán)境感知能力。

2.特定垂直化場景或成仿生機器人發(fā)力點

從目前來看，仿生機器人的應(yīng)用比較廣泛，各個領(lǐng)域都存在仿生機器人，比如軍事領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、救援領(lǐng)域等等，但是其表現(xiàn)卻各有優(yōu)劣。

雖然軍事領(lǐng)域的許多仿生足機器人為人所詬病，認(rèn)為其應(yīng)用價值不高，但是，在醫(yī)療、救援等特定的垂直化場景，仿生機器人的表現(xiàn)卻出乎意料的優(yōu)異。

在醫(yī)療領(lǐng)域，軟體機器人的典型案例就是哈佛軟體機器人實驗室研制的人工心臟，其外體為硅膠澆筑，內(nèi)部螺旋狀埋設(shè)人工肌肉。人工心臟通過氣動人工肌肉（PAM）控制自身運動，選擇性激活或關(guān)閉人工肌肉單元，進(jìn)而模擬心臟肌肉收縮規(guī)律，并使用軟件進(jìn)行數(shù)值仿真。

軟體仿生機器人構(gòu)建的人工心臟

此外，軟體仿生機器人因其柔軟的機體、彎曲的形態(tài)和不規(guī)則的表面能夠使得其在不同環(huán)境中能夠更為靈活的運動。因此，將軟體機器人與可穿戴設(shè)備結(jié)合用以幫助特殊人群完成生理活動。比如哈佛大學(xué)的軟體機器人手套幫助病人術(shù)后恢復(fù)等。

同樣，在探測和救援領(lǐng)域，也能夠發(fā)揮一定優(yōu)勢。比如在地震、海嘯災(zāi)害搜救過程中，仿生機器人可以借助機械挖掘搜索，提高搜救效率的同時也保障了搜救的安全性。

總之，仿生機器人發(fā)展至今，確實存在著一定的問題，形似而神不似，但是，借大自然之手開辟出仿生機器人這一想法是人類智慧的結(jié)晶，終有一天，這顆智慧的大樹也一定會結(jié)滿累累碩果。

智能相對論（微信id:aixdlun）：深挖人工智能這口井，評出咸淡，講出黑白，道出深淺。重點關(guān)注領(lǐng)域：AI+醫(yī)療、機器人、智能駕駛、AI+硬件、物聯(lián)網(wǎng)、AI+金融、AI+安全、AR/VR、開發(fā)者以及背后的芯片、算法、人機交互等。

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