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SRT软体机器人:给机器人装上灵巧、柔软的“手”

发布时间: 2021-02-01 16:54     来源: 机器人产业杂志

  在科幻文学作品和影视作品中,人们对机器人形态的想象没有边界。但说到现实世界中的“机械制造”和“机器人”,人们脑海中浮现出的形象往往离不开一个共同特征——刚性构造。

  至于软体机器人,尽管有关它们的设计时常会出现在《Science》《Nature》等知名学术期刊上,但是基本也就只是停留在实验室阶段,没有进一步的制造,更谈不上量产和应用。

  然而,创新性技术从实验到实践的道路上,总要有人走出来。北京软体机器人科技有限公司(Soft Robot Tech Co., Ltd,以下简称“SRT”)就是软体机器人技术的先行者。

  同一起跑线,勇闯“无人区”

  “全球范围内,基本只有我们和美国的一家公司在进行软体机器人的研发和量产,并在业界获得了认可。”SRT联合创始人兼CEO高少龙说道。

  SRT是以北京航空航天大学和美国东北大学的研发和运营团队为核心组建的。北航在2014年成立了仿生软体机器人实验室。当时在北航当老师的高少龙接触到了软体机器人技术。“在这种原理级的创新技术上,全球都处于同一起跑线。在机械工业领域,一般都是中国追赶美国、欧洲和日本,这样的机会非常难得。”

SRT犬类产品图

  机器人的传感和安全性是相关研究人员一直在解决的问题。“灵巧手”正是其中一项,它指的是用机器模拟人手的动作。每年科技部的传感专项中都包含“灵巧手”的项目。高少龙发现,通过软体机器人技术能够解决这个问题且成本极低。在市场方面,高少龙则看到了软体机器人在食品和果蔬的分选包装、3C汽车锂电的搬运等领域应用的可能性。他表示:“在工程学科,判断一个研究是否有价值最重要的一点就是看它能够解决多少问题。”

  2016年3月,高少龙和他的团队从高校走出来,成立了SRT,以软体机器人技术为基础,通过软体机器人技术在工业自动化领域的推广和应用,为客户提供简易、可靠的复杂产品柔性抓取解决方案。

  “我们认为这是对传统机械行业的颠覆性技术。但全球进行软体机器人研究的人员主要集中在高校内部,进入市场应用实践的特别少。一项拥有多应用场景的创新技术如果始终没人实践,即使有着无限的潜力,也失去了它的意义,那么这个技术方向可能会慢慢消失。从技术、市场和责任三个方面出发,我们都愿意走出高校,创办公司。”

SRT柔性夹爪在生鲜场景中的应用——抓取苹果

  行业标准建立仍在路上

  关于软体机器人技术最早的理论研究论文发布于2009年,而第二篇比较有阶段性意义的论文出现在2011年,从被发现到今年仅有10年。对于处于发展初期的新技术,高校的实验室和科研机构中总是百花齐放却又欠缺完整体系,。

  “截至目前,软体机器人技术的理论体系还未建立完成,也没有一本阐述软体机器人技术理论体系的书。这在机械科学上非常罕见。”高少龙无奈笑道:“全球软体机器人行业对于软体机器人每个部件的命名甚至都没有统一。”“关节”等部件的叫法只是沿用了刚性机器人所用的名称,但实际上,这在学术层面上已经词不达意,带偏了该软体机器人部件定义的内涵。“不仅是在中国,美国、欧洲、日本也都是这种情况。”

  在没有完整理论体系的情况下,标准的建立难度更高。我国的标准体系按照适用范围,可划分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准4个层次。《中华人民共和国标准化法》规定:企业生产的产品没有国家标准和行业标准的,应当制定企业标准,作为组织生产的依据。已有国家标准或者行业标准的,国家鼓励企业制定严于国家标准或者行业标准的企业标准,在企业内部适用。软体机器人没有国家标准、行业标准和地方标准,于是SRT进行了企业标准的制定和执行。

  2020年,SRT曾经与工信部负责标准体系的职能部门建立了联系,希望推动软体机器人标准的进一步完善。

  软体机器人行业规模尚小,建立标准还有很长的路要走。“我们作为软体机器人行业的领头者,有责任促进行业的规范化。同时,有了标准框架后的交互会更简单、高效,成本也会降低,能够为学术界的研发提供更多的支持。” 高少龙表示。

SRT柔性夹爪在食品场景中的应用——抓取柔软的面包

  行业标准建立仍在路上

  搬运异形、易损物品的硅胶夹爪

  SRT的主要产品是可靠、灵活、易用的创新性的末端执行器——硅胶材质的柔性夹爪。软体机器人产品涉及三个技术板块,即设计、材料和工艺。“硅胶是其中最基础、最麻烦的部分。”高少龙坦言。在过去上百年的工业机械发展史中,硅胶材料大部分作为机械结构中的缓冲件存在。缓冲件是被动受力的,而软体机器人是将硅胶变为主动对外施力的部件。要实现这种改变,硅胶的机理、结构和性能都会发生天翻地覆的变化。

  为此,SRT建立了自己的材料学实验室、结构学实验室,不断调试并积累数据。功夫不负有心人,通过无数次反复而漫长的实验对比,SRT对硅胶材料配方和工艺结构不断进行调整,突破了硅胶使用的精度和寿命问题。

  目前,他们的客户已经涵盖了食品、生鲜、汽车配件、3C等行业,提升了生产制造异形、易损制品的效率和品质。

  国际机器人联合会(IFR)的调查数据显示,全球工业界只解决了3%至4%的规则、刚性物品的自动化生产搬运问题,剩余96%左右的柔性异形、易损物品仍使用人工上下料。而软体机器人正填补了异形、易损物品分拣和包装领域市场空白,解决了这个全球行业内普遍存在的难题。

  SRT比较有市场信心的是生鲜方向的解决方案。据高少龙介绍,公司海外客户的90%都在生鲜行业。在海外,人们一般是在超市购买有保鲜膜、塑料膜包装的高品质生鲜产品。在工厂包装和流通过程中,如果要避免人工因触碰而导致的产品损耗,那么该工厂就必须实现自动化。SRT软体机器人的柔性夹爪能够满足这一点,同时能够达到精准的重复定位,高速度的抓取和经久耐用的使用寿命。这在极大程度上优于人工和传统刚性夹爪。

  2020年,在新冠肺炎疫情的冲击下,自动化需求愈加凸显,国内包装生鲜市场也越来越大。“安全无接触、灵活自适应”的SRT智能抓取方案在国内也能够起到更大的价值。

  “在将产品投入市场后,95%以上的情况是客户主动来找我们。”高少龙坦言,“这不是我们有多牛,而是因为我们没有特别多的市场资源。” 这是SRT面临的困境,但从另一方面看,其实也印证了“酒香不怕巷子深”这句老话。

  打造康复器械,布局医疗领域

  SRT也在努力将软体机器人技术从工业扩展到其他领域。其首先瞄准的便是医疗行业。

  高少龙认识到,全球工业界存在一个普遍状态——“大型的工业公司都有医疗事业部。”在他看来,这是因为工业和医疗两个行业的“基因”是相同的,它们都对安全、稳定和性能有着极高的要求。因此,对于SRT这样的技术型公司来讲,在触达工业领域的同时,前往医疗领域的路径是最短的。“不用进行大量的营销,东西好,客户自然会买单。” 高少龙表示。

  在创业之初,SRT在医疗方向的计划是研发和生产手部假肢。据高少龙介绍,市面上具有灵活活动能力的人手假肢,价格大概处于几十万元。而且假肢属于精密器械,容易损坏。这使大部分有需求的残疾人难以承担。如果以软体机器人技术制作能够执行拿杯子、拿碗等基础动作的手部康复器械,SRT有信心将成本控制在千元级。

  这种民用级医疗器械是极具社会意义的,而且高少龙也抱着“做技术出身的人希望能造福一些需要帮助的人”的态度。但SRT选择研发医疗器械而不是假肢的原因有以下两点:第一,是因为假肢和人体的连接处必须由医院操作,同时还涉及骨骼支撑。SRT所擅长的软体机器人技术仅限于“肌肉”层面,进行假肢设计研发的周期会很长。第二,作为最初只由几名大学老师构成的创业团队,盈利的困难性也阻碍了这项业务的开拓。

SRT软甲手部康复机器人

  行业标准建立仍在路上

  在工业领域耕耘4年之后,当SRT的产品已经销售到全球十多个国家,获得了一定的收入,他们才开始进军医疗领域。

  康复器具是他们的第一步。2020年,SRT推出了面向医疗领域的新产品——软甲手部康复机器人,帮助中风偏瘫患者进行手部康复训练。该产品从立项到量产仅用了4个月时间。

  中风偏瘫患者发病后往往需要3个月的时间进行黄金期的康复训练,此后则是终身的训练。康复训练需要依靠他人的帮助,而由于手部有15个关节,数量比较多,传统的康复器具需要15个电机完成抓握的动作,制作成本达到几十万元,整个过程既无法自主进行又价格昂贵。

  软甲手部康复机器人能够主动对外施力,患者能够“穿戴”软甲自主进行训练。这填补了手部康复器具领域的空白。在高少龙看来,“这款康复机器人对于很多患者算是福音。它代表我们的一份社会责任感。技术终究要服务于生活、服务于人类。”

  高少龙提到,公司的产品销售路径分为两个阶段——To C销售和To B销售。目前,这款手部康复机器人在按照To C的智能硬件的思路销售。在它拿到二类医疗器械经营许可证、完成资质的认证之后,康复医院即可批量采购这款产品。这款产品的销售策略也将以To B为主,To C为辅。

  此外,针对医疗领域,SRT也在计划开发一系列用于手术、制药等方面的末端执行器和自动化系统。

  最主要的始终是技术研发

  2020年12月,SRT完成了由创新工场与愉悦资本共同领投的近亿元B轮融资。

  对于SRT打动一线投资基金的特质,高少龙认为,最重要的依然是软体机器人技术的先进性。SRT的美国同行Soft Robotics的股东包括ABB、发那科等大型工业公司。而ABB和发那科又是众所周知的工业机器人领域的竞争对手。“竞争对手成为共同股东,意味着从资本界的投行到工业界的巨头都对这项技术巨大的价值非常认可。还在观望、犹豫的反而是客户,他们比较保守。”因此,他对投资方能够以对技术长远的愿景耐心地支持公司的发展表示非常感谢。

  “这个行业中,营销不会是重点,我们每一轮融资最主要的用途始终是技术研发。”高少龙称。他们在这一片尚存很多技术空白的蓝海市场中,更希望脚踏实地将基础夯实。”

  高少龙透露,SRT在2021年的一项重要工作是在全球软体机器人技术年会上开放自己的工艺能力。他自信地表示:“在工程化和制造能力方面,SRT在软体机器人行业是全球第一的。”对于一家公司而言,将技术公开是很有挑战性的一件事。从前,SRT的技术一直没有对外公放,只是在公司自己实验室中的“秘密”。如今,对开放的期盼是SRT希望向全球对软体机器人技术具备设计能力的学术界,可以提供能将其千百种的设想实现的制造能力,从而促进行业快速发展。

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