机器人技术发展趋势

机器人技术 2023-07-16 16:16www.robotxin.com机器人技术
       20世纪60年代,世界上第一台工业机器人在美国诞生,开创了工业化的新纪元。机器人技术的发展标志着一个国家的高科技水平和工业化自动程度。因此,日本和欧美等发达国家政府纷纷耗资去实施与机器人相关的战略计划。近年来,随着经济发展的加快崛起,也加入机器人相关产业的研发投入,一场全球性机器人技术发展竞争已拉开序幕,特别是在军事应用、社会生产、医疗、服务等领域得到广泛运用。
一、技术趋势
机器人技术是一个快速发展的行业,预计到2030年其价值将达到5680亿美元。机器人技术在制造业、医疗保健、零售、农业、国防等行业都有应用。一些关键因素,包括云计算、人工智能 (AI)、自动化和补充劳动力短缺,有助于释放当今机器人技术的全部潜力。
人工智能。人工智能技术,尤其是机器学习 (ML),是智能工业机器人发展不可或缺的一部分,它可以根据对来自传感器阵列的数据的解释来预测和适应某些情况。某些人工智能技术需要进一步发展,包括计算机视觉、对话平台和上下文感知计算,以将工业自动化和工业机器人技术提升到一个新的水平。神经形态处理器(模拟人脑结构的芯片)将成为下一代机器人的重要组成部分。他们使用相关数据的基本库进行培训,然后通过处理感官输入来教他们自己思考。最终,这些芯片将利用他们获得的技能,使用关联和概率来执行分配的任务。
边缘计算。尽管很多机器人技术可以从云端完成,但安全和延迟问题意味着许多机器人必须能够处理有关其操作环境的实时数据并立即做出响应。由于较低的延迟,边缘计算有可能提高机器人的性能,同时提高安全性,因为边缘比云更安全。当与机器人技术自包含的“感知-决策-行动”固件循环相结合时,边缘计算将使网络攻击更加困难。
网络安全。广泛实施机器人的主要挑战之一是网络攻击的威胁。机器人,尤其是那些联网的机器人,极易受到“黑客”攻击。让它们不受保护可能会导致对关键应用程序和系统的未经授权的访问,进而可能导致敏感信息的丢失、被盗、破坏或不当使用。“黑客”甚至可以控制机器人并破坏机器人功能以生产有缺陷的最终产品并导致生产停机。因此,机器人制造商被迫在设计和开发阶段专注于安全,并投资于有效的安全解决方案。最新的工业网络安全管理解决方案解决了与工业自动化设备、应用程序和工厂相关的风险。这些解决方案使企业能够遵守行业特定的网络安全法规,例如北美电力可靠性公司关键基础设施保护(NERC CIP)。
工业互联网。几十年来,工业机器和过程一直受到实时监控,监督控制和数据采集 (SCADA) 等技术自1970年代以来就已经存在。然而,工业互联网意味着系统之间的互联程度更高,并假设监控数据将超越工厂边界,由基于云的服务消费和管理。虽然未来工厂和工业4.0令人兴奋,但现有工厂、机器和流程代表了工业互联网的主要机会。最大的短期收益将来自为当今的工业基础设施改造先进的通信和管理功能。
云机器人。人工智能的进步促进了机器人的发展,使它们成为高度复杂的产品,而不是过去的独立、固定功能的机器。这反过来又增加了机器人可以执行的角色数量。这一发展的核心是云计算,它允许更快速、更安全、更大规模地管理传感、计算和内存。云机器人领域的领导者结合了基础设施和人工智能能力,即亚马逊、谷歌、IBM和微软。除了实现人工智能之外,在机器人技术中使用云还有可能改变技术的使用方式。
机器人卓越中心(CoE)。机器人CoE负责开发和实施高效、高效并能响应行业需求的机器人解决方案。这些解决方案可确保公司实现其自动化目标。简单来说,CoE收集、评估和管理简化机器人解决方案部署的信息。
开放式流程自动化(OPA)。传统上,控制器等机器人组件仅与同一家公司生产的产品兼容。例如,西门子控制器只能与西门子产品一起使用,而 ABB 控制器只能与 ABB 产品一起使用。各种组织现在都在努力摆脱这些限制,并建立一个开放系统,使机器人组件普遍兼容。这些努力促成了OPA的发展,它允许技术供应商与各种组织合作,以生产可以简化机器人集成的标准、安全和开放的架构,从而产生供应商中立的解决方案。埃克森美孚发起了旨在构建能够转变为商业上可行的OPA系统的原型的计划。它可以通过为具有可适应变化的可扩展系统的机器人组件开发分布式、模块化和基于标准的架构来实现。
事半功倍的轻量化设计。2020年代的机器人将更小更轻。这将使它们更灵活、更具成本效益且易于部署。轻量化设计的趋势适用于机器人的身体和大脑。几家公司正在投资优化操作系统、软件和编程。学术界也在为一些最复杂的问题开发解决方案,例如轨迹简化,旨在让机器人更好地在环境中导航。
可定制的机器人。尽管机器人已经在不同的行业中流行起来,但设计和建模机器人是乏味、繁琐且昂贵的。此外,在后期适应较小的更改或修改可以进一步延长该过程。作为回应,制造商正试图创建可定制的机器人原型。例如,初创公司大象机器人(Elephant Robotics)开发了一种低成本的智能机械臂,具有六个自由度,可以适应多种场景和应用。
柔软的自愈机器人。软机器人由软材料或聚合物制成,而不是传统的金属。这些材料赋予机器人有机特征,复制肌肉的工作方式。正在研究使它们能够自我修复,这将使它们更加灵活和适应性强。自我修复机器人仍处于起步阶段,但预计将继续研究以改进技术。
二、宏观经济趋势
机器人市场的每个部分都有望在未来十年内增长。随着机器人技术扩展到更多的工业和服务部门,政策制定者面临的最重要任务之一将是利用机器人技术可以带来的经济利益,同时尽量减少负面的社会影响。
中国。中国对全球经济和产业的影响是显而易见的。尽管受到新冠疫情的影响,但在 2020 年仍然是世界上最大的汽车制造商。全球超过33%的半导体生产由中国消费,工业机器人市场的 38% 也是如此。此外,它还是铜、建筑用砂、锂、钴和稀土元素等关键原材料的全球最大消费国。根据制造战略计划,中国的目标是在半导体、机器人、电池等战略产业上与美国、日本和韩国并驾齐驱,并在人工智能(AI)方面取代。中国拥有世界上最丰富、最具可扩展性的算法数据集,可用于其人工智能公司的研发工作,包括百度、阿里巴巴、腾讯和科大讯飞。在机器人领域,中国本土的机器人企业仍然比不上发那科这样的公司,然而,美的收购德国库卡,让中国控制了一家领先的工业机器人公司。
日本。机器人已经在日本的工厂中占据主导地位,其工业机器人制造商——发那科、川崎和安川——是世界领先的。根据国际机器人联合会(IFR)的数据,日本拥有世界第三高的工业机器人密度,仅次于新加坡和韩国。机器人越来越多地渗透到日本的服务业,尤其是在照顾老人方面。该国在2020年东京奥运会上展示了其机器人技术能力,由于新冠疫情而推迟到2021年。日本也是全球最大的机器人精密机械零部件制造商,日本领先的机器人零部件制造商包括谐波驱动(Harmonic Drive)、日本基恩士(Keyence)、纳博特斯克(Nabtesco)、那智藤越(Nachi Fujikoshi)、 欧姆龙(Omron)和日本陶瓷(Nippon Ceramic)。
欧洲。欧盟 (EU) 似乎正在意识到技术落后的风险。2021 年有报道称,欧盟委员会正在制定一项与中国的“一带一路”倡议相抗衡的计划。德国在机器人的生产和采用方面领先于欧洲其他地区。德国的工厂拥有欧洲最高的机器人密度。KUKA 是领先的工业机器人公司中唯一的欧洲玩家,总部位于德国最富有和工业化程度最高的州之一巴伐利亚州。然而,作为一个地区,欧洲的机器人公司难以与日本和美国的公司竞争。欧洲也有被中国超越的风险。事实上,库卡自 2016 年以来一直归中国美的所有。可能引发欧洲机器人革命的一个因素是人口结构。就像日本和韩国一样,欧洲的人口正在老龄化,一些最有前途的机器人初创公司正在护理机器人领域崭露头角。一个例子是 康派机器人(Kompaï Robotics),这家法国公司今年开发了一种多功能机器人来帮助弱势群体。
未来的工作。机器人技术正在通过改变生产线以及在某些情况下取代人工来影响工作。协作机器人和物流机器人等机器人技术正在将工厂转变为先进的工程实验室,在这些实验室中不断分析、简化和改进装配线流程和组件。这种未来工厂的领导者是工业机器人领导者发那科(FANUC)、库卡集团(KUKA)、艾波比集团(ABB)和日本安川电气(Yaskawa),与思科、日立、罗克韦尔自动化、华为和日本人工智能初创公司 优先网络(Preferred Networks)等技术提供商合作。
工会、政策制定者和社会科学家越来越担心自动化(机器人技术是其中的重要组成部分)将导致失业增加。每个工业机器人都可以替代数名人类工人,因此这些担忧似乎并非空穴来风。例如,在日本的疗养院,机器人减少了对夜班护士的需求,将一些工人从非社交时间中解放出来,并解决了该部门的人员短缺问题。根据国际机器人联合会(IFR),韩国拥有全球第二高的机器人工人密度,仅次于新加坡,领先于日本和德国。韩国在 2020 年也是世界上生育率最低的国家,日本和德国紧随其后。因此,如果自动化给劳动力带来风险,机器人技术也可以帮助解决未来劳动力短缺的问题。
产业多元化。机器人技术仍然不成比例地依赖汽车行业。根据2020年公布的IFR数据,2019年60%的工业机器人部署在汽车工厂。然而,其他行业也越来越多地使用机器人。来自电子、机械、塑料、化工产品和食品加工公司的机器人订单有所增加。
三、监管趋势
一些行业正在急切地等待监管部门的批准,以获得机器人技术的竞争优势。目前,监管限制对在物流、气象和环境、采矿、石油和天然气以及媒体和娱乐等领域采用机器人技术,更准确地说是无人机技术构成了重大障碍。随着限制的放宽,预计各行业的申请率将稳步增长。
无人机。监管挑战是一些无人机用例难以起飞的原因之一。最重要的案例是亚马逊的无人机交付计划。尽管该公司没有放弃使用无人机将订单送到客户家门口的计划,但它在获得美国监管机构批准进行试飞方面落后于 UPS 和 Alphabet。据报道,在英国,该公司正在缩减其计划,因为它无法制造重量低于 27 公斤的交付无人机设备,而英国监管机构认为这不是小型无人机。全球参与者面临着驾驭非常分散的监管环境的挑战。很少有国家对无人机采取自由放任的态度。其中,只有土耳其、瑞典和阿根廷是重要市场。无人机在机器人技术中提出了特定的监管挑战。它们的低成本和易用性使它们对从非法监视到毒品走私或恐怖主义等犯罪活动具有吸引力。无人机经常被用来将违禁品走私到监狱,贩毒集团和持不同政见者组织更大规模地使用无人机将不可避免地增加。
中国的监管形势。随着机器人越来越受人工智能 (AI) 驱动,驱动 AI 引擎所需的数据集变得越来越重要。中国在生成这些数据集方面具有优势,因为它拥有比任何其他国家更丰富的工业数据宝库。此外,其网络安全法要求在其境内处理所有此类数据。中国的《数据安全法》(DSL)已经制定多年,但从2021年9月开始实施。因此,将数据传输到中国境外将变得更加困难,违反该法律将受到严厉处罚。
伦理。人工智能的更广泛使用引发了复杂的伦理问题,随着技术在医学、金融和法律等领域的影响变得更加普遍,其相关性只会增加。随着人工智能行业的成熟,一个重要的重点领域将是确保人类的偏见和偏见不会通过数据、算法和交互传递给人工智能系统。
       此外,确保人工智能带来的经济利益在全社会共享也至关重要。人工智能是机器人技术的核心,它带来了人工智能在其他领域面临的一些道德困境。例如,软机器人将产生类似人类的机器,当与人工智能相结合时,可以创造出能够在未来感受到疼痛或压力的机器人。这将引起人们对机器的权利和福祉的担忧。
 

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