日本「機器人革命」拉開序幕
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長期處於發展停滯狀態的日本機器人產業迎來了一股「順風」。處理核電廠事故的救援機器人、人形機器人等等,活躍在機器人開發事業一線的研究人員為我們介紹了日本機器人研發工作的現狀和前景。

一段時間以來處於「橫盤」狀態的日本機器人產業終於開始迎來了曙光。

2014年6月,日本政府推出了新的經濟成長戰略,「基於機器人的產業革命」被確定為該戰略的一大支柱,年內還將制定關於機器人具體利用措施的五年計劃。此外,就在同一個月,軟體銀行公司(Softbank)推出了全新人形(humanoid)機器人「Pepper」。該款機器人預定於明年2月上市銷售,19萬8千日圓的低價震驚了整個業界。

在人形機器人領域先行一步的日本

清水正晴生於1974年。自進入在青山學院大學研究所從事機器人研究的富山健教授的研究室以來,長期從事機器人系統架構研發工作。曾供職於科學技術振興機構,2003年加入千葉工業大學未來機器人技術研究中心(fuRo)(圖片:山田慎二)

千葉工業大學未來機器人技術研究中心(fuRo)主任研究員清水正晴表示:「日本在雙腿可行走人形機器人研發領域一直領先於世界。我認為很大一個背景原因在於動漫的影響。許多研究機器人的人員都受到了《原子小金剛》和《哆啦A夢》等動漫的影響。」「憑藉人形機器人系統架構研究獲得博士學位的我本人就是『鋼彈一代』,多多少少受到過鋼彈的影響。」

在日本的人形機器人研發歷史上,本田的「ASIMO」是一個重要的里程碑。本田的機器人開發工作始於1986年。據說當時機器人直立行走本身就是一件新鮮事,雙腿行走的技術開發非常困難。ASIMO正式推出是在2000年,而自從本田在上世紀90年代中期展示P2、P3等原型機後,研究人員圈子裏便掀起了雙腿行走機器人的開發熱潮。目前,機器人雙腿行走技術發展到何種程度了呢?

「起初曾是一個難題的雙腿行走技術近年來發展到了可以做出跑步動作的程度,已經取得了一定的成果。不過,這終究只是停留在實驗水準,或者說宣傳展示水準,尚未達到在現實環境中為我們提供有用服務等可以作為『工具』發揮作用的技術應用水準。」

雙腿行走機器人技術將為我們創造的未來

morph3是科學技術振興機構ERATO北野共生系統項目與工業設計師山中俊治共同開發的機器人。morph3的研發團隊於2003年6月1日加入千葉工業大學未來機器人技術研究中心(fuRo),研發工作得以繼續推進©fuRo

清水先生在千葉工大參與開發的人形機器人「morph3」(視訊)的理念是「金屬運動員(metal athlete)」,即關節可動範圍大、運動性能極高的小型輕量機器人。據說,這種擁有高度身體功能的桌面型機器人相關技術或許可用於開發在未來遠距離溝通時具有身體性質的界面裝置(Interface Device)。

「打個比方,我們在與身處遠方的某人握手時的力量反饋可以通過雙方身邊的小型人形機器人傳達給彼此。雖然視覺和聽覺上的資訊傳遞可以藉助網路在手機和電腦上實現,但觸覺和力量傳遞則需要機器人技術。」目前千葉工大正在開發的雙腿行走機器人是名為『core』(視訊)的搭載負重型機器人。它一次能搬運100kg的物品,負重性能在全球同類機器人中處於最高水準。清水先生將之定位為一種「為腿腳殘障人士、能夠行走但體力較弱卻又想登山的人士提供一種上下樓梯或登山時乘坐的未來交通工具的基礎性研發事業」。

「關於研發人形機器人的意義,人們經常會用F1賽車來比喻。雖然F1賽車是汽車的延伸,但並不是那種配置的賽車直接行駛在公路上,而是通過研發最尖端的技術,促使其技術要素被那些對大眾有用的應用技術吸收。」

可承載100kg的人或物品移動的未來型雙腿行走機器人「core」(圖片:山田慎二)

在核電廠事故中大顯身手的災害應對機器人

相對於具有通用性的人形機器人,能夠在災害發生時執行特殊任務的機器人叫做災害應對機器人。2011年3月東日本大地震引發福島核電廠事故以後,人們開始強烈地意識到其重要性。

最早投入福島第一核電廠的國產機器人是千葉工大開發的「核電廠通用版Quince」,而首先進入核反應爐廠房的則是美國生產的機器人「PackBot」。

清水先生回憶稱:「當時,『日本明明在機器人研發領域快人一步,為什麼先投入了美國的機器人』『難道不能用ASIMO嗎』之類的議論聲四起。可是,日本的人形機器人尚處在展示技術的宣傳或娛樂水準。」

「PackBot原本是軍事偵察用爬行式機器人,雖然可以勝任輻射環境下的工作,但論及在廢墟表面移動和攀爬狹窄陡坡等性能,還是我們開發的Quince更勝一籌。Quince是1995年神戶地震後,以在廢墟中進行搜索為設定工作環境而開發的一款機器人。由於它並非針對核電廠環境設計的,所以花費了3個月左右的時間實施防輻射等改進處理後才投入到現場,它登上了廠房5樓,用攝影機拍攝了現場的情況。」

「遺憾的是,最初投入現場並首次成功拍攝到廠房5樓情況的Quince1號機在結束任務返程途中被3樓的纜線纏住而無法動彈。後來,針對這一問題進一步加以改良的2號、3號機被投入現場,再次對5樓實施調查後順利返回,現在仍經常被用於開展調查活動。」

作為Quince的後續改良機型,千葉工大開發出了「櫻壹號」和「櫻貳號」,它們從設計之初就考慮到了應對核電廠事故的要求。櫻壹號的個子比Quince小得多,可以在更加狹小的環境中作業。櫻貳號可以選裝長達2m左右的機械臂,機械臂前端配置攝影機,能夠伸到較高位置或機器人本體無法進入的狹小空間觀察情況。

  • [2015.03.11]
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