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中国侨界创新人才奖得主陈刚:研发软体机器人

  说到机器人,你可能会想到变形金刚或者哆啦A梦这些金属打造的硬头硬脑的家伙。假如告诉你,机器人可以像橡皮泥一样变化成各种形状,甚至能够像风一样穿过任何缝隙,你相信吗?

  大象鼻子的灵感

  本期侨界之星的主人公陈刚研究的就是这种另类机器人——软体机器人。物如其名,软体机器人的最大特点就是它的柔软性和变形能力。

  2002年,当陈刚在法国开始研发软体机器人时,主要是针对医疗微创手术。但是他发现,“主流的机器人都是模仿人类肢体结构。虽然动作精确度高,但是柔软性和适应环境的能力不高。像人体内部这样不规则的空间,传统机器人很难自如行动。”

  为了找到更具灵活性的机器人运动结构,一直从事机器人自动化研究的陈刚想到了大象鼻子。“大象鼻子虽然看起来很笨重,但其实它的灵活度很高,能做许多人类肢体做不到的动作。”陈刚说。

  大象鼻子是典型的肌肉型静水骨骼结构,由相互对抗的横肌和纵肌组成。借助近4万块富有弹性的小肌肉,能够灵活地完成动作指令。“要模仿大象鼻子不能借助之前的‘关节’控制结构,只能另辟蹊径。”

  经过三年半的努力,陈刚才提出了基于几何变形的软体机器人的建模理论和控制方法,解决了软体机器人研发在运动控制上的关键问题。

  陈刚提出的建模理论成为世界上软体机器人研发领域的重要理论,但是他放弃了国外的优厚条件进入中联重科,将核心技术运用到工程机械的柔性智能控制上。

  打开另类空间

  然而不管是国内还是国外,软体机器人都需要在传统工业机器人一统天下的局面中打开市场。

  在法国深造期间,陈刚研发的是智能化微创医疗手术机器人,因此对于传统机器人与软体机器人的优劣十分了解。

  与传统机器人相比,软体机器人更符合微创手术的要求。“医疗微创手术需要在小开口的条件下,进入人体进行高精细度的手术。传统机器人依赖金属工作操作人体软组织,常会引起肠道受损、血管破裂等问题。软体机器人则可以利用橡胶部位减少手术创伤的可能性。并且软体机器人可以进入很小的空间,改变自己的体形,适应人体器官的构造。”陈刚详细地解释了软体机器人的优势所在。

  除了在医疗领域具备独特优势之外,陈刚认为在其他复杂空间,软体机器人也可以大展拳脚。“地震、矿难等灾害需要深入废墟寻找和帮助受害人,核反应堆和宇宙空间站的检修都需要机器人在复杂环境中作业。”陈刚说。

  想说爱你不容易

  聊到软体机器人的优势,陈刚如数家珍:“现在服务机器人的手臂非常贵,而软体机器人却可以让它的手臂更轻薄,成本也更加低廉。而且软体机器人采用的是新型柔软材料,在与人互动过程中的安全性更高。”

  但是对于软体机器人产业化面临的巨大挑战,陈刚也有清醒的认识:“从产品设计、材料运用到打印制造,软体机器人都与传统机器人截然不同。它的产业化就意味着要颠覆整个传统工业机器人的产业链。”

  而与国外相比,中国软体机器人的研究起点更低。“现在中国的相关研究还是初期阶段,国内仅仅有几家在做,而且主要是局部点方面的研究。”陈刚遗憾地说,“国内的研究环境也很狭窄,我目前从事的也不是软体机器人,而是将核心技术运用到工程机械上。我希望未来能够回到软体机器人的研发,也希望国内软体机器人的研发人员能够有良好的研究条件。”

  看来,陈刚在软体机器人领域中还有很长的路要走。(佘宇白)

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