美國服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展

美國服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展

美國著名的機(jī)器人公司irobot最初的團(tuán)隊(duì)來自美國麻省理工學(xué)院，但該公司具有強(qiáng)烈的學(xué)術(shù)色彩，最初是一家軍事火力企業(yè)。作為美國黑科技的大本營,美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局是這匹產(chǎn)業(yè)黑馬的堅(jiān)強(qiáng)后盾。美國服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新模式,值得我們深入學(xué)習(xí)。在本輪席卷全球的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)風(fēng)暴中,美國的服務(wù)機(jī)器人異軍突起,一掃自上世紀(jì)80年代以來在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的頹勢(shì),再次回到了世界機(jī)器人行業(yè)競(jìng)爭的一線。iRobot掃地機(jī)器人風(fēng)靡全球,并帶動(dòng)了大量跟風(fēng)追捧者,開創(chuàng)了機(jī)器人進(jìn)入家庭服務(wù)領(lǐng)域的熱潮。波士頓動(dòng)力公司等雖沒有在民用市場(chǎng)露臉,但其各種近乎于科幻小說式的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品在各大科技媒體上頻頻曝光,幾乎成了展示美國科技實(shí)力的旗幟。這些公司的規(guī)模并不大,歷史也不長,但是發(fā)展迅速、技術(shù)特色鮮明。美國服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)背后的企業(yè)成長經(jīng)歷折射出美國特有的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合與成果轉(zhuǎn)化模式。u3000外骨骼機(jī)器人的研發(fā)歷程DARPA(美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局)是美國在國防組織中遠(yuǎn)期重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的管理部門,在公眾心目中的形象則更像是“瘋狂科學(xué)家的大本營”,且時(shí)常在各類科幻電影中出鏡。最能彰顯其存在感的大概要數(shù)我們每天都會(huì)使用的因特網(wǎng)和GPS定位系統(tǒng)。這兩大技術(shù)均源自于上世紀(jì)六七十年代DARPA推動(dòng)的秘密項(xiàng)目,它們?cè)跀?shù)十年后逐漸擴(kuò)散至民用領(lǐng)域,深刻改變了全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)格局。機(jī)器人技術(shù)同樣被美國列入重點(diǎn)關(guān)注清單中,并獲得了以DARPA為首的美國有關(guān)機(jī)構(gòu)的大力支持。早在上世紀(jì)40年代,DARPA尚未成立,工業(yè)機(jī)器人也尚未出現(xiàn)。為了處理輻射性的核材料,美國原子能委員會(huì)下屬的阿爾貢研究所開發(fā)出遙控式、主從式機(jī)械手。受到可編程工業(yè)機(jī)器人的啟發(fā),DARPA在創(chuàng)立早期資助高校開展了技術(shù)超前的機(jī)器人研究。1968年,電子計(jì)算機(jī)技術(shù)還不發(fā)達(dá),MIT(麻省理工學(xué)院)使用一臺(tái)占據(jù)數(shù)個(gè)房間的巨型計(jì)算機(jī)控制智能機(jī)器人的雛形——“Shakey”。在更早的1962年,康奈爾大學(xué)航空實(shí)驗(yàn)室就開始研發(fā)出軍用外骨骼的雛形——“采用主從控制方式的人力放大系統(tǒng)”。上世紀(jì)七十年代中后期,美國在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)逐漸被日本、歐洲相關(guān)企業(yè)追趕,一直到上世紀(jì)九十年代初期幾乎被全面超越。然而,在冷戰(zhàn)時(shí)代的大背景下,以DARPA為首的美國相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的資助從未停滯,且扶持力度遠(yuǎn)比NSF(美國國家衛(wèi)生基金會(huì))等科學(xué)基金更大。著名的軍火制造商N(yùn)orthropGrummanCorporation(諾斯羅普·格魯門公司)的子公司RemotecInc.原本以制造核工業(yè)設(shè)備起家,在1986年開發(fā)了軍用排爆UGV(無人陸地車輛),并始終在這一領(lǐng)域保持領(lǐng)先。直到現(xiàn)在,該公司仍然是美國軍用機(jī)器人和無人機(jī)的主要供應(yīng)商之一。需要注意的是,同許多其他技術(shù)類似,DARPA資助的機(jī)器人研究項(xiàng)目往往是大大超前的,而短期內(nèi)又缺乏實(shí)用可能性的基礎(chǔ)性探索工作,研究成果往往長期以技術(shù)儲(chǔ)備的形式存在,真正獲得大規(guī)模應(yīng)用可能要經(jīng)過數(shù)十年。RemotecInc.在上世紀(jì)八十年代研發(fā)的軍用UGV產(chǎn)品一直不斷完善,直到21世紀(jì)才開始大量使用。前些年,DARPA組織了卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)、哈佛機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室、iRobot公司、美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、斯坦福國際咨詢研究所、美國南加州大學(xué)、RE2公司等多家研究單位,投資1億美元推行“先進(jìn)操作機(jī)械手組件計(jì)劃”。DARPA的目標(biāo)是使機(jī)器手能夠自主操縱并執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù),包括擬人化的判斷和動(dòng)作,例如針對(duì)特定顏色、形狀的目標(biāo)進(jìn)行自主選擇和抓取——這一技術(shù)在短期內(nèi)幾乎沒有應(yīng)用可能。洛克希德·馬丁和雷神兩大軍火商目前推出的軍用外骨骼機(jī)器人也只是階段性產(chǎn)品,距離實(shí)用仍然有較大差距。同樣典型的案例是成立于上世紀(jì)90年代初的波士頓動(dòng)力公司,他們承接DARPA的訂單,研制出了諸如能自平衡的機(jī)器狗、能高速奔跑的機(jī)器獵豹、能跑能跳能爬墻的人形機(jī)器人、能改變外形的機(jī)器蛇等稀奇古怪、科幻感十足的產(chǎn)品,但到目前為止尚無任何實(shí)用性的產(chǎn)品問世。家庭服務(wù)機(jī)器人隨著時(shí)間的推移,DARPA等官方機(jī)構(gòu)所推進(jìn)的基礎(chǔ)研究逐漸累積并發(fā)酵成熟。一些技術(shù)在軍方裝備中得以實(shí)現(xiàn),例如隱形戰(zhàn)機(jī)技術(shù),還有一些技術(shù)則被引入民用領(lǐng)域,深刻改變著世界。此類技術(shù)除了互聯(lián)網(wǎng)之外,也包括服務(wù)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的明星企業(yè)iRobot公司就是一個(gè)典型。iRobot的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)來自于MIT電腦科學(xué)及人工智能實(shí)驗(yàn)室,他們延續(xù)了在實(shí)驗(yàn)室期間的研究方向——軍用排爆機(jī)器人。1998年,iRobot獲得了DARPA的戰(zhàn)術(shù)機(jī)器人研發(fā)合同,并開發(fā)出了相應(yīng)的產(chǎn)品PackBot,之后又陸續(xù)獲得了更多的研發(fā)和生產(chǎn)合同,僅2004-2005年就贏得了超過五千萬美元的項(xiàng)目資助。目前,iRobot已經(jīng)同RemotecInc.一樣成為了美國軍方UGV的主要供應(yīng)商之一。iRobot的股權(quán)結(jié)構(gòu)也同樣能夠說明其深厚的背景,目前幾個(gè)主要的個(gè)人股東均涉及軍方層面。PaulJ.Kern將軍曾就職于美國陸軍裝備司令部,并擔(dān)任軍方軍需后勤方面的助理秘書長。JacquesS.Gansler博士曾擔(dān)任負(fù)責(zé)采辦、技術(shù)和后勤的國防部副部長。2002年,iRobot管理層看好家庭清掃機(jī)器人市場(chǎng),于是利用自身在軍用機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)積累推出了民用產(chǎn)品Roomba并大獲成功。在充足的技術(shù)儲(chǔ)備的支持下,軍火商iRobot向服務(wù)機(jī)器人制造商iRobot的轉(zhuǎn)變似乎順理成章,毫無障礙。然而在同一時(shí)間的中國,同樣認(rèn)識(shí)到了家庭清掃機(jī)器人廣闊前景的科沃斯公司還在為無法解決產(chǎn)品的定位問題而煩惱。Roomba大受歡迎并在全球獲得追捧后,iRobot在服務(wù)機(jī)器人的道路上一往無前。2012年,iRobot收購了另一個(gè)研發(fā)擦地機(jī)器人的公司EvolutionRobotics,并投資了遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人公司InTouchHealth?，F(xiàn)在的iRobot已經(jīng)建成了包括掃地、擦地、擦窗、泳池清潔、水槽清潔等功能在內(nèi)的全面的家庭服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品線。醫(yī)療機(jī)器人RP-VITA已獲得FDA的銷售許可并完成了49萬人次的診療。截至2013年底,iRobot服務(wù)機(jī)器人的累計(jì)銷售量已經(jīng)超過1000萬臺(tái),而其“主業(yè)”軍用機(jī)器人的累計(jì)銷量僅為5000臺(tái),年銷售額更是不到總銷售額的10%。盡管軍用機(jī)器人在iRobot業(yè)務(wù)中所占的比重逐步縮水,但相關(guān)技術(shù)的領(lǐng)先地位始終毫無動(dòng)搖。美國軍方對(duì)下一代軍用UGV的研發(fā)目標(biāo)是使其擁有更多的自主性,即使UGV身處戰(zhàn)區(qū)、災(zāi)區(qū)等復(fù)雜環(huán)境中仍能在不依賴外部控制的情況下了解環(huán)境并自動(dòng)作出行動(dòng)決策;而iRobot新推出的掃地機(jī)器人產(chǎn)品也逐步從最初的碰撞/轉(zhuǎn)向定位方式升級(jí)為應(yīng)用了多種傳感器和復(fù)雜路線規(guī)劃算法的更加適應(yīng)復(fù)雜家庭環(huán)境的定位和清掃方式。iRobot對(duì)整個(gè)機(jī)器人行業(yè)的推動(dòng)意義遠(yuǎn)不止是自身的迅猛發(fā)展。Roomba熱銷的背后,是首個(gè)企業(yè)將兼具低廉價(jià)格和強(qiáng)實(shí)用性的革命性產(chǎn)品第一次以“機(jī)器人”的概念全面地融入人們的日常生活中。這一浪潮的追隨者遍布世界,僅在美國本土就能找到超過十個(gè)家庭掃地機(jī)器人品牌,生產(chǎn)商包括了新興創(chuàng)業(yè)企業(yè)、老牌吸塵器廠、電子設(shè)備廠,以及來自亞洲的產(chǎn)品。中國市場(chǎng)同樣火爆,科沃斯公司的銷售額在三年間成長了十倍。而iRobot自身也在不斷分蘗,原本的三人創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)除一人留任外,另外兩人均離開并成立了新的公司,分別致力于無人機(jī)領(lǐng)域以及能與人類安全共事的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。iRobot的技術(shù)創(chuàng)新以及成果轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化歷程形成了軍用到民用、實(shí)驗(yàn)室到企業(yè)、企業(yè)的初創(chuàng)、并購等各種形態(tài)。這一看上去水到渠成的過程卻離不開美國開放的創(chuàng)新環(huán)境。首先是市場(chǎng)化的人才流動(dòng)機(jī)制,初始的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)能夠順利地切換身份,毫無制度障礙便能走出校園創(chuàng)立企業(yè),之后脫離iRobot開始新的創(chuàng)業(yè),這些都與創(chuàng)新機(jī)制密不可分。其次是靈活的知識(shí)產(chǎn)權(quán)機(jī)制,它使得技術(shù)沒有被束縛在DARPA或MIT的文件柜中,而是能夠隨著人才的流動(dòng)成為企業(yè)核心競(jìng)爭力。最后是活躍的創(chuàng)業(yè)扶持和投資環(huán)境,iRobot團(tuán)隊(duì)收到的第一筆資助是他們?cè)?jīng)就職的MIT電腦科學(xué)及人工智能實(shí)驗(yàn)室提供的創(chuàng)業(yè)基金,并開展了多次融資活動(dòng),獲得了強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)力。最早源自DARPA實(shí)驗(yàn)室的部分技術(shù),便這樣一步步滲透進(jìn)應(yīng)用市場(chǎng),催生了iRobot不斷發(fā)展,最終推動(dòng)了整個(gè)美國服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。第一大挑戰(zhàn)讓服務(wù)機(jī)器人“愛”起來雖然爆發(fā)性的擴(kuò)張勢(shì)頭引人注目,但整個(gè)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)畢竟仍處于早期階段。盡管各大廠商一直在尋找能更好地進(jìn)入家庭、融入民眾日常生活的突破口,但另一個(gè)類似掃地機(jī)器人那樣的既廉價(jià)又實(shí)用的明星產(chǎn)品始終沒有浮出水面。iRobot擦窗機(jī)器人、科沃斯管家機(jī)器人在市場(chǎng)上的表現(xiàn)都不溫不火,難以撼動(dòng)問世十多年的掃地機(jī)器人的絕對(duì)主角地位。諸多“外行”公司的關(guān)注則迅速打破了這一僵局。谷歌公司從2013年底開始接連收購了9家各具特色的機(jī)器人公司,甚至包括著名的“黑科技”大本營波士頓動(dòng)力公司。谷歌無人駕駛汽車項(xiàng)目的開展則相對(duì)低調(diào)得多,現(xiàn)已在美國多個(gè)州取得了上路許可并完成了160萬公里的測(cè)試。亞馬遜則在大力推進(jìn)無人機(jī)送貨的研究項(xiàng)目,并在不久前獲得了美國聯(lián)邦航空管理局的許可。這些計(jì)算機(jī)或是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的巨頭“插手”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的動(dòng)機(jī)非常明顯,無論由數(shù)字構(gòu)成的虛擬世界有多么精彩和智能,它們都只能依靠光影和聲音投射到現(xiàn)實(shí)世界中,虛擬世界始終缺乏一個(gè)強(qiáng)有力的載體來反饋虛擬世界對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的具象化作用。而機(jī)器人的行動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳感器正是適宜數(shù)字大腦依托的肢體和耳目,它能夠極大地拓展虛擬世界同現(xiàn)實(shí)世界的溝通渠道。于是,業(yè)內(nèi)對(duì)服務(wù)機(jī)器人未來發(fā)展方向的判斷迅速且統(tǒng)一。他們將關(guān)注點(diǎn)從單純的硬件功能改進(jìn)轉(zhuǎn)為軟件協(xié)同與應(yīng)用體系營造。機(jī)器人技術(shù)融入已經(jīng)高度發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),將是服務(wù)機(jī)器人的目標(biāo)所在。開發(fā)出開源機(jī)器人系統(tǒng)ROS的WillowGarage公司創(chuàng)始人ScottHassan則更加直白地表示,服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展“在根本上是個(gè)軟件問題而非硬件問題”。iRobot正計(jì)劃推出真正智能的掃地機(jī)器人,它不再需要用戶使用應(yīng)用程序進(jìn)行遙控控制,并且能結(jié)合機(jī)器上的攝像頭以及網(wǎng)絡(luò)云端的智能識(shí)別引擎真正“認(rèn)識(shí)”家中的一切物品進(jìn)而規(guī)劃線路。更重要的是,這一新產(chǎn)品的定位是作為可交互的硬件終端之一加入下一代智能家居操作系統(tǒng),可同家中其他智能設(shè)備配合完成任務(wù),而且不用在應(yīng)用程序中發(fā)出任何指令。至于這個(gè)智能家居操作系統(tǒng)的開發(fā),iRobot表示還是要交給谷歌和蘋果這類大公司。大數(shù)據(jù)“1”技術(shù)的下一步突破—幕后:DARPA仍然在行動(dòng)服務(wù)機(jī)器人同互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的結(jié)合是新業(yè)態(tài)發(fā)展的趨勢(shì),但不可否認(rèn)的是,科技發(fā)展水平的不足導(dǎo)致了機(jī)器人在這一結(jié)合關(guān)系中處于相對(duì)弱勢(shì)的地位。從技術(shù)角度來講,需要在復(fù)雜的日常生活環(huán)境中活動(dòng)的服務(wù)機(jī)器人比在結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境中工作的工業(yè)機(jī)器人對(duì)智能性、安全性的要求更高。從市場(chǎng)角度來講,服務(wù)機(jī)器人提供的服務(wù)遠(yuǎn)不如工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)價(jià)值上的體現(xiàn)直接,因此服務(wù)機(jī)器人用戶對(duì)價(jià)格的敏感度更高。服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的進(jìn)程比工業(yè)機(jī)器人晚得多,并且需要依托已成熟的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的繼續(xù)成長。例如,在工業(yè)和軍用領(lǐng)域已經(jīng)普遍應(yīng)用的激光測(cè)繪系統(tǒng)因其數(shù)千美元的高昂成本而無法在掃地機(jī)器人上得到應(yīng)用。然而,“車到山前必有路”,成本不到20美元的攝像頭結(jié)合人工智能技術(shù)及云技術(shù)的方案成為了iRobot主攻的一條出路。Roomba最初的誕生就是簡單的功能同低廉的成本相妥協(xié)的產(chǎn)物。長期來看,雖然計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠提供越來越強(qiáng)大的認(rèn)知、判斷能力,但只有徹底解決了行動(dòng)控制、環(huán)境適應(yīng)、靈敏肢體動(dòng)作、人類安全接觸等“硬”技術(shù)問題,生產(chǎn)出行動(dòng)敏捷度能夠與人類相媲美、價(jià)格也足夠低廉的產(chǎn)品,服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)才能真正成為改變?nèi)祟惿鐣?huì)形態(tài)、重構(gòu)世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的下一代核心產(chǎn)業(yè)。這樣的場(chǎng)景目前仍只存在于各種科幻作品中,相關(guān)廠商正努力開拓服務(wù)機(jī)器人與互聯(lián)網(wǎng)融合的新市場(chǎng)。DARPA則再次承擔(dān)起了中遠(yuǎn)期關(guān)鍵技術(shù)的統(tǒng)籌組織任務(wù)。除了“先進(jìn)操作機(jī)械手組件計(jì)劃”外,DARPA還資助了大量的前瞻性的研發(fā)項(xiàng)目,諸如充氣式機(jī)械手臂、柔性機(jī)器人、能夠攝取生物質(zhì)補(bǔ)充能量的自覓食機(jī)器人等。DAR