新材料为机器人产业强体筑基

孙晓霞

不久前，有一条关于机器人的新闻引发了大家的关注。在俄罗斯的彼尔姆，一只叫Promobot的机器人“离家出走”了，“逃出”实验室，奔向了外面的街道，后来由于电池用光了，所以一直停留在马路中央，并造成了小范围的交通堵塞。人们在对这条新闻忍俊不禁的同时，也由衷地感慨：机器人时代，正在到来！

我国机器人产业发展迅猛

机器人技术是衡量一个国家科技创新水平的重要指标之一，而机器人产业则是高端制造业发展水平的体现，在促进制造业转型、提高生产效率方面具有重大意义。近年来，机器人技术的研究和应用不断扩展，已从工业领域向到航空航天、国防军事、国家安全、医疗康复、社会服务等其他领域迈进。正因为如此，各国政府高度重视机器人产业的发展，不少国家将发展机器人产业列为国家战略之一，纷纷加紧布局，以抢占技术和市场制高点。

在我国，机器人产业也获得了国家政策的大力扶持。据中国机器人产业联盟副秘书长姚之驹介绍，近两年，各地方政府出台的对机器人产业的扶持政策有77项。在政策支持下，我国机器人产业成为发展最为火热的产业之一，正在以日新月异的速度在前进。据相关数据显示，我国工业机器人2015年的销量为6.67万台，而2014年的销量为5.71万台，同比增长率为16.8%；自主品牌工业机器人2015年的销量为2.23万台，2014年的销量为1.67万台，同比增长率为33.5%。

赛迪智库装备工业研究所机器人产业研究室副主任卢月品表示，我国工业机器人产业在技术研发和生产制造方面具备了一定的基础。近年来，在需求快速扩张及“十一五”、“十二五”国家科技计划的持续支持下，一方面很多科研院所在机构、驱动和控制等方面开展了大量研究工作，取得了丰富成果；另一方面各类产品不断涌现。工业机器人方面，涌现出一大批机器人研制和生产企业，通过自主研制或与外资企业、科研院所合作，开发多种类工业机器人。服务机器人方面，各类产品开始不断涌现，个别企业在某些领域已进入世界领先行列。清洁机器人、无人机和自平衡车等家用服务机器人已实现产业化；公共安全、救灾救援、核裂变堆运行维护等多种型号机器人已经开始示范应用；外科手术和辅助治疗等医疗机器人、水下机器人、部分型号军用机器人已进行试验应用。

卢月品介绍，经过多年的发展，我国本土机器人企业快速成长起来。在工业机器人方面，本土机器人制造骨干企业主要有：沈阳新松机器人自动化股份有限公司、安徽埃夫特智能装备股份有限公司、哈工大机器人集团、广州数控设备有限公司、哈尔滨博实自动化股份有限公司、上海新时达电气股份有限公司、南京埃斯顿自动化股份有限公司和昆山华恒焊接股份有限公司等；服务机器人方面，骨干企业主要有科沃斯电器有限公司、北京康力优蓝机器人科技有限公司（以下简称“康力优蓝”）、纳恩博（北京）科技有限公司（以下简称“纳恩博”）、北京风行天下科技有限公司、北京天智航医疗科技股份有限公司、深圳市优必选科技有限公司等。根据OFweek行业研究中心数据统计，截至2015年末，国内机器人相关企业数量达到1026家，其中廣东省聚集的机器人厂商最多，达到285家，其次是浙江省156家，位列第2；其他地区如江苏、上海、山东、北京、安徽、辽宁和重庆分别达到125家、108家、89家、58家、56家、45家和40家。

各地布局之态火热

机器人产业在拉动经济发展和实现产业转型方面的巨大作用和广阔前景，也深深地吸引了各地政府。因此，各地政府紧跟国家机器人产业大政方针，纷纷布局机器人产业，规划和建设开展机器人产业园。据统计，截至目前，我国建成和在建机器人产业园区已超过40个，初步环渤海、珠三角、长三角和中西部4大区域集群。

环渤海区域集群以哈尔滨经开区机器人产业园、沈阳新城机器人产业基地、青岛国际机器人产业园等为主，其特点是科研机构扎堆，研发能力强；珠三角区域集群以广州机器人产业园为主，其特点是产业基础雄厚、市场应用空间大，控制系统占优势；长三角区域集群以上海机器人产业园、昆山机器人产业基地、常州武进高新区机器人及智能装备产业园为主，其特点是外资、合资企业多，系统集成商发达，市场优势明显；中西部区域集群以重庆两江机器人产业园、芜湖机器人产业园为主。

北京智能机器人产业技术创新联盟副理事长高谦介绍了北京机器人产业的发展现状。北京科技资源丰富，拥有全国领先的新一代信息技术资源，这些资源为北京智能机器人发展提供了强有力的技术支撑，奠定了北京快速发展智能机器人产业的基础。目前，北京形成了一批有代表性的机器人研发单位，主要聚焦医疗健康、家庭服务和特种工业机器人，这些领域的机器人在国内已达到了领先水平。在家庭服务机器人领域，整体技术水平与发达国家同处于起步发展阶段，形成了纳恩博、康力优蓝、北京博创智联科技有限公司、国家康复辅具研究中心、北京航空航天大学（以下简称“北航”）、北京工业大学等代表性单位。在医用机器人领域，目前已突破基于在线反馈和智能引导的人机交互技术、智能假肢运动控制技术、人体运动意图识别技术、碳纤维复合材料工艺等核心技术。医用机器人产业的部分技术达到了国际水平，整体技术水平与国际先进水平相差3～5年，脑外科、假肢等技术已实现转化应用，目前形成了以北航、北京天智航医疗科技股份有限公司、北京大学、北京工道风行智能技术有限公司、北京理工大学等为代表性单位。但高谦同时表示，北京机器人产业体量较小，企业相对分散，产业尚未在北京地区形成集聚。

加强材料产业对机器人产业的支撑作用

卢月品表示，我国未来机器人产业需求潜力巨大。据统计，2015年全球工业机器人销量超过24万台，同比增长8%。2006-2015年，全球工业机器人销量年均增速约为14%。2014年亚洲销量约占2/3，中国、韩国、日本、美国和德国5大市场的销量占全球工业机器人总销量的75%左右。目前，我国工业机器人市场需求处于爆发期。全球制造业每万名工人使用工业机器人数量由5年前的50增加到66，其中工业发达国家机器人密度普遍超过200，我国制造业机器人密度由5年前的11增加到36，我国机器人密度较低但增速较快，未来工业机器人市场潜力巨大，需求将继续保持井喷态势。此外，我国从2012年开始进入人口老龄化快速发展期，而且我国也是地震、洪涝等灾害多发国家，这些因素将使得我国有望形成全球最大的服务机器人市场。

毫无疑问，我国机器人产业是一块“大蛋糕”。但是，占到机器人成本70%左右的控制器、伺服电机、减速机等机器人的3大核心零部件，目前仍处于依赖进口的局面。如何夺回被国外市场抢占的“大蛋糕”，是一个复杂而严峻的问题。北京大学工学院王启宁研究员表示，机器人技术的交叉性极强，涉及机械、自动化、力学、计算机、材料学、仿生学等多个学科。他指出，机器人产品核心部件的国产化，受到结构设计、加工工艺、制造精度、材料以及标准等诸多因素的影响。

机器人产业是高端装备制造业的代表。材料产业是工业发展的先导，为机器人产业等高端制造业的发展奠定了基础、提供了保障。机器人关键部件所用的材料有：机器本体用结构材料、高精密减速器用高强度耐磨材料、伺服电机用高性能磁性材料、感知系统用传感材料等（详见本期专题后文所述）。

跟踪机器人的发展趋势，不断提高机器人产业与材料产业间的融合度，对于材料产业而言责无旁贷。当下，应主要做好3方面工作，以提升材料产业对机器人产业的支撑力度。

第一，加强机器人轻量化材料的研发。传统机器人庞大的自身重量本身为其安全性带来了一定的隐患，另外，机器人自重太大会制约其在某些对质量有很严格限制场合中的应用。因此，若要提高机器人的安全性能，机器人的轻量化是需要解决的重要问题，也就是开发质量尽可能轻的轻型机器人。同时，轻量化可以提升机器人的运动性能，可以节约材料、节约能源、降低成本。而将机器人的部件采用新型轻质材料进行替换，是机器人轻量化的重要途径之一。目前，应用在轻量化方面的主流材料有高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维以及其他复合材料等。而对这些轻量化材料在机器人上的应用还需要进一步加强。据悉，美国的相关企业就非常重视机器人轻量化的研究，力争大幅降低机器人的自重与负载比。这一动态需要得到我国业界人士的足夠重视。

第二，促进新兴材料在机器人上的应用。仿生是机器人未来的发展方向之一，在诸多不适合由人类来承担任务的情况如反恐防爆、太空探索、抢险救灾等环境下逐渐凸显出良好的应用前景。前沿的材料技术为机器人的发展带来无限可能。例如，作为仿生机器人一类的软体机器人，由柔韧性材料制成，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸，在侦察、探测、救援及医疗等领域的应用前景非常广阔。石墨烯随着其技术的进步和产业化的推荐，不断走入现实生活，有媒体称，一种石墨烯凝胶的成功研发使得软体机器人迈入了新的时代。而有关适合应用于机器人上的新型材料的研发消息层出不穷。2015年，来自剑桥大学的研究人员开发了一种神奇的配方，这种配方能将具有单独功能的多种材料集成到一种材料上，这种人类首次设计并合成的多功能材料，就像动物的肌肉一样，非常适合用于制造机器人。2016年3月，康奈尔大学的研究人员研发出了一种神奇的新型复合材料，该材料融合了坚硬的金属和柔软的泡沫橡胶，可在坚硬和柔软2种特性中相互转换。发明者表示，机器人如果采用这种新材料，它的动作就会变的更加自然，而且可在需要时为自己打造一款柔韧性十足的外骨骼，不需要时则可将其熔化并重新塑形。机器人不断开拓的新型应用领域如抢险救灾、太空探索、水下作业等，由于环境特殊，所以对材料也有着特殊的要求，这也为材料带来了巨大的发展新机遇。目前，新兴材料在机器人上的应用尚处于刚刚起步的阶段，还存在着一系列问题需要继续进行扎实而深入的研究。

第三，推动交叉学科人才的培养与建设。关于科技发展的一个说法是，人类科学技术发展史就是一个各种学科和技术互动融合、交叉发展的历史过程。机器人技术作为当今科学领域最活跃的研究方向之一，其学科交叉尤其繁多。目前，机器人产业就存在交叉学科人才匮乏的问题。材料科学是一门基础的学科，服务于包括机器人产业在内的制造业。培养材料科学和机器人技术的交叉人才，才能搭建材料产业与机器人产业的桥梁，促进二者之间的有效融合，进而推动我国机器人产业的健康持续发展。