英国智能机器人技术和自主系统研究发展概况

2017-12-25 · 作者:人机与认知实验室

[导读]机器人和自主系统(Robotics and Autonomous Systems,RAS)是英国政府确定的 8 项关键技术之一,是大数据和物联网发展的重要纽 带,也是有潜力推动经济增长的关键战略领域。

【本文摘自《天津科技》2017.9】


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机器人技术发展日新月异,机器人产业越来越受到各国的高度关注。2016年3月,普华永道(Price Waterhouse Coopers,PWC)发布了《在万变的世界中重新定义商业成功——第19期全球CEO年度调研》(Redefining Business Success in a Changing World the 19th Annual Global CEO Survey)报告,其中指出8项决定未来的新兴核心科技,机器人、无人机技术位列其中。机器人智能技术、信息技术、数字技术和自动化技术将作为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。机器人和自主系统(Robotics and Autonomous Systems,RAS)是英国政府确定的8项关键技术之一,是大数据和物联网发展的重要纽带,也是有潜力推动经济增长的关键战略领域。

1、英国机器人和自主系统(RAS)发展战略

2007年,英国政府创立由企业主导的技术战略委员会(Technology Strategy Board,TSB),重点发展电子工业、价值制造业和高级材料等领域,并通过政府采购驱动创新、资助合作研发、支持知识转移网络、促进商业研究计划等方式促进英国先进制造业发展。2013年,该委员会创建了机器人和自主系统指导小组(RAS-SIG),旨在协调官产学研的一体化合作研发,为政府提供一个更清晰的战略发展蓝图,并引导政府在RAS领域未来的资源和机构配置。

2016年7月,英国政府发布“机器人发展战略(RAS2020)”,并提供配套财政资金,确保机器人产业能够与全球领先国家竞争。英国政府技术战略委员会(TSB)拨款6.85亿美元作为下一年度发展基金,其中2.57亿美元用于研发机器人技术和自主系统。英国政府希望通过RAS2020战略,能够在2025年获得全球机器人市场10%,的份额(估值约120亿美元)。

2016年,英国UK-RAS网络中心在工业、航空航天和医疗3个具体领域制定了《机器人技术和自主系统发展战略计划》白皮书,也是该网络中心的核心发展方向,其目的是探讨RAS未来技术发展路线,吸引更广泛的社会团体和利益相关者投资,制定具体发展领域和未来发展趋势。

1.1《2016工业机器人:下一代机器人技术工业革命》白皮书

工业机器人是先进制造业中不可替代的重要装备和手段,是衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。该白皮书具体内容包括:下一代制造业机器人工业革命;RAS技术所带来的智能自动化融合技术;RAS技术发展将带来加强数字化革命的进展;英国制造业中RAS技术持续创新;英国制造业机器人的未来发展路线图;制造业机器人技术与专利走向国际化合作;RAS技术创新将跨越多种工业领域;在英国研究基地扩大现有制造业投资;RAS技术将满足高价值制造业的工业需求。

1.2《2016航天航空机器人技术与自主系统:拓宽空间探索的视野》白皮书

近年来,为满足航空、航天、机器人等技术发展的需要,网络系统与控制、航空航天机器人技术、全球定位系统研究、空间系统发展、飞行器空气动力学研究与设计等航空领域技术在不断创新和发展。该项白皮书主要介绍了航空航天RAS技术领域概况,涵盖了历史发展和技术演变。

1.3《2016医疗机器人:未来25年的成功、挑战与产业发展》白皮书

随着世界范围的人口老龄化,以及人们对健康快乐生活的追求,医疗机器人产业将迎来需求高峰。无论是用于微创手术、针对性治疗、突发应急响应、医疗培训、残障人士辅助工具还是家庭生活援助的医疗机器人,都代表着医疗器械行业是市场需求增长最快的领域之一。医疗机器人的关键领域是微创手术和显微外科手术机器人的发展。该白皮书回顾了过去25年来,临床手术医疗机器人从基础研究领域发展成为一个主要创新技术领域的历程。以技术安全性、有效性和降低成本为原则,医疗机器人的发展将很快接近于需求高峰期,并超越早期的外科手术实践。该领域的发展也将推动未来精密手术技术的发展,以及早期病理干预和治疗后的生活质量。英国旨在迅速扩大医疗智能服务型机器人和临床手术医疗机器人的创新技术研发,重塑未来的医学发展环境,并克服所面临的技术、商业、监管和经济挑战。

2、英国机器人和自主系统(RAS)研发布局

2015年3月,英国工程与物理科学研究理事会(EPSRC)创建了机器人技术和自主系统网络中心(UK-RAS Network),其使命是在RAS领域培养并提供先进的科研成果引领技术发展,协调英国主要的国家实验室、学术界和工业界的主要合作关系,整合和资助英国工程和物理科学研究委员会(EPSRC)中10个RAS资本配套研究设施和4个博士生培养中心(Centers for Doctoral Training,CDTs),从而提高英国在RAS领域的国际竞争力、生产率和经济增长率。

UK-RAS Network开展RAS领域各类研究活动,例如英国机器人技术周、研讨会、讲习班、聚焦工作室、公众参与和展览等,还利用社交媒体、网络和用户论坛设立了广泛的在线参与活动。

2.1交通运输

交通运输是RAS的一个重要应用领域,它将未来几十年里重塑交通运输人员和货物运输的许多方面,如个人交通系统、智能高速公路、自主公共交通系统。在运输中,由于交通拥堵等因素,该领域将20%,的二氧化碳排放量增加到300%,。智能汽车配备了强大的计算机和传感器,使司机更好地了解行驶环境和汽车性能,机器人技术已经出现高级驾驶辅助、自动停车和防撞,为驾乘者提供更多的环境感知和安全意识。随着无人驾驶汽车试验计划的成熟,无人驾驶交通系统和解决方案将从受限环境扩展到如机场、公共交通、城市中心和其他通用环境等。

重点研究领域:机器视觉与觉察力;大规模导航;空间语言学探索与规划;场景理解;控制与验证核查;高保真可扩展性模拟环境。

2.2卫生医疗保健

医用机器人可用于针对性靶向治疗、急诊、假肢或家庭援助,是目前在医疗器械行业中发展最快的代表部门之一。医疗机器人的关键领域之一是用于微创手术(MIS)和显微外科手术的外科机器人技术的发展。外科手术机器人的使用减少了80%,的并发症手术数量,大幅度减少了患者的住院时间,使他们更快地恢复正常生活。

重点研究领域:采用新材料的智能执行器和微型仪器,用于微创手术(MIS)的微型机器人系统和射靶治疗;微机械加工与快速成型技术;仿生机器人和机器人柔性制造;集成电子,执行器和传感器嵌入在生产过程中的自动组装型机器人;辅助机器人包括家庭/个人使用,护理/关怀、辅助、社会活动(为痴呆和认知障碍服务)和智能假肢等。

2.3制造业和服务业

制造业是全球经济的重要引擎,英国是最大的制造业国家之一。在过去的30年中,英国在使用机器人支持制造业发展方面已经取得了显著进展,特别是在汽车产业方面。除了来自欧洲、美国和日本等的强劲竞争外,远东地区的竞争对手也正在崛起,这是基础研究和基础设施建设的动力。为了保持其地位,英国必须发挥战略性协同作用,利用自身优势,在机器人视觉、机器人智能、控制能力、验证核查和软件嵌入式系统领域开展攻关。随着对RAS绿色制造技术领域的显著需求,英国在制造业和服务业领域主要专注于整个制造过程中所有组件和子系统的回收及循环使用,以减少制造过程中的浪费。

重点研究领域:专业服务机器人;绿色制造的新RAS平台;协作能力和机器人技术集成。

2.4无人系统

随着近年来RAS先进技术的发展,无人系统被更广泛地应用于空间、环境、海洋和深海勘探等领域。例如,在国土安全、国防执法、机械性能改进和搜索救援方面,无人机系统技术研发中增加了智能监控技术;在化学、生物、核辐射和爆炸威胁对策方面也在引进RAS技术。

英国无人驾驶系统主要应用领域包括航空航天、地面车辆和海上系统。英国RAS网络中心为欧洲航天局(European Space Agency,ESA)的火星任务作出了卓越的贡献和重大的努力。英国大学和科研机构在海洋探索无人系统的技术研发和实际部署中有着突出表现和辉煌战绩。

重点研究领域:自主性增强;对环境障碍、危害物和限制约束进行评估;感知、理解复杂的动态环境;极端条件下导航;技术提高和弹性通信技术;更有效地提高模块化,通用性和互操作性技术。

2.5RAS基础技术支撑(基础材料/基础结构)

技术跨越了UK-RAS网络中心5个必不可少的主要应用领域(医疗保健、交通运输、航空航天制造和无人驾驶系统、海洋、环境和国防),以促进RAS系统的研究、开发和操作。RAS基础技术和交叉技术涵盖了从传感和感知到人机交互广泛的应用领域。

重点研究领域:RAS的多模式和多尺度;机器人学习,拟人化和仿生设计;微工程与制造;智能执行器和传感器;嵌入式智能技术;机器人视觉、觉察力、机器智能、软件助理、控制与验证核查;伦理、法律和安全方面的自适应控制操作灵活性,感知运动技术,社会智能与形式验证;机械原理结构和电子集成;人机交互,仿真技术和跨尺度遥控操作。

2.6机器人和自主系统(RAS)研发机构

自英国发布RAS2020战略文件后,政府将在财政方面大力支持EPSRC旗下UK-RAS网络中心的10个研究中心和实验室,这些研究中心和实验室旨在提高自动化与控制技术,以及具有互动性、认知性的实物工具和机器人自主系统(RAS),重点研究领域包括感知与认知机器人、自主系统、医疗与辅助机器人、服务与车辆机器人。此外,培养下一代世界级的RAS领域研究人员是提升英国经济竞争力的关键,英国政府通过英国工程与物理科学研究理事会(EPSRC)向机器人和自主系统技术领域的科技创新人才提供资金扶持,重点在布里斯托尔、爱丁堡、拉夫堡和牛津地区创建了4个博士培训中心及合作院校(见表1、2)。

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3、结论

随着成熟度的不断提高,机器人技术在21世纪进入了一个高速发展期。机器人技术已列入英国国家中长期科技发展规划。在政府的政策扶持和资金支持下,鼓励大中型企业发展机器人技术产业,目标是将英国打造成为机器人领域技术研发和制造大国,推动社会服务业、制造业、教育、娱乐行业等相关行业的科技进步,并带动信息、通信、自动化、电气、制造等相关行业的发展。

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