中國的工業(yè)機(jī)器人從無到有,至今也才二三十年的軌跡,,卻也誕生了不少做的不錯的新銳企業(yè),,可見發(fā)展速度之快,而真正算起來,,微納操作機(jī)器人研究開展近30年,,目前中國、日本、美國,、歐洲等都在暗自競爭微納操作技術(shù)的新突破,。
在我看來,要想機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)獲得一個大的跳躍,,微納技術(shù)是一個非常好的切入點(diǎn),,這或?qū)⑹且粋€帶給世界以世紀(jì)性革命的技術(shù)。而中國將會有更大空間去釋放這項技術(shù),,這也是我選擇來中國從事微納操作機(jī)器人基礎(chǔ)性研究的主要因素之一,。
扎根中國的抉擇
我今年68歲了,但我的學(xué)生們都說我不像,,我喜歡跟他們一起討論研究項目,,一起分析實(shí)驗結(jié)果,一起分享快樂,。
有人問我多年科研生涯是否枯燥,,我并不那樣認(rèn)為,我日常的工作狀態(tài)就是沮喪與欣喜交織的,,多次實(shí)驗,,總是失敗多成功少,失敗時我也很沮喪,,但突然有一次成功了,,我就欣喜不已。我記得有一次,,在東京地鐵上坐著,,一個好想法突然從腦子里鉆出來,我趕緊回到辦公室,,找到一張紙第一時間記錄下來,,然后立即實(shí)施試驗,那種激動的心情至今仍清晰在昨,。
早在1984年我就開始研究微納操作機(jī)器人,,榮幸的是,我開創(chuàng)了碳納米管的微納操縱技術(shù),,成了世界上首個提倡微納操作機(jī)器人的開拓者與領(lǐng)軍者,,并且早前在仿生機(jī)器人領(lǐng)域首個提出了用于仿猿猴機(jī)器人的一種擺動控制器,為機(jī)器人的自然運(yùn)動和智能控制研究起到了極大的推動作用,。一路走來,,有三個獎項是我心中頗為珍視的,,一個是2010年IEEE總部頒發(fā)的機(jī)器人與自動化領(lǐng)域最高獎“終身成就獎”,,這被人看作是機(jī)器人領(lǐng)域的“諾貝爾獎”,拿到這個獎我非常開心,還有一個是2014年中國李克強(qiáng)總理頒發(fā)的中國政府“友誼獎”,,同年,,我又成為日本唯一獲得紫綬勛章的機(jī)器人領(lǐng)域?qū)<摇?/p>
2013年至今,我全職在中國的北京理工大學(xué)從事機(jī)器人研究與人才培育工作,,入校之前,,我還擔(dān)任日本名古屋大學(xué)微納機(jī)電系統(tǒng)實(shí)驗室主任。實(shí)際上早在16年前我便與中國結(jié)下了緣分,,彼時起我就與北理工機(jī)電學(xué)院黃強(qiáng)教授開展合作研究,,2008年更是擔(dān)任了北理工的特種機(jī)動平臺設(shè)計制造科學(xué)與技術(shù)學(xué)科創(chuàng)新引智基地”的海外學(xué)術(shù)大師,2010年擔(dān)任“仿生機(jī)器人與系統(tǒng)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗室的學(xué)術(shù)委員會委員,。2012年入選“外專千人計劃專家”,。
雖說很多國家都在加緊研究,有些甚至已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了,,但微納操作機(jī)器人在普通人眼里,,依然顯得有些神秘?!凹{米機(jī)器人”的研制屬于分子仿生學(xué)的范疇,,它根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計原型,設(shè)計制造可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”,。人們看不到也感覺不到,,但如今確實(shí)微納技術(shù)已經(jīng)被植入大的系統(tǒng)中。以汽車為例,,你能感覺到,,二十年前的汽車與現(xiàn)在的汽車有什么區(qū)別嗎,最重要的是,,汽車上有許多微小的傳感器,,是最小的微納技術(shù)產(chǎn)物,可以實(shí)現(xiàn)自動駕駛,、零部件的自動控制,。再比如每個公司辦公室隨處可見的打印機(jī),電腦連著打印機(jī),,而打印噴頭就是微納技術(shù),,如果沒有這項技術(shù),不可能打印機(jī)這么便宜,,打印機(jī)的成本因微納技術(shù)而降低,。這些都佐證著微納技術(shù)如何進(jìn)入產(chǎn)業(yè),又如何給人類營造一個舒適的生活,。
而微納操作機(jī)器人的應(yīng)用范圍將涉及到醫(yī)療制藥,、生命科學(xué),、能源、服務(wù)業(yè)等諸多領(lǐng)域,,與其他國家相比,,中國確實(shí)有更大空間做微納技術(shù)的研究,微納技術(shù)也能夠為社會以及中國提供很多東西,。
機(jī)會
如今人們說的多的是,,瑞士ABB、日本發(fā)那科及安川電機(jī),、德國庫卡,,這世界四大機(jī)器人巨頭,他們都沒有誕生在中國,。
其實(shí)在二三十年前,,工業(yè)機(jī)器人在中國幾乎不存在,而在如此短的時間內(nèi),,中國誕生了很多優(yōu)秀企業(yè)在做這方面工作,,比如新松機(jī)器人,可能現(xiàn)在精度沒那么高,,但它找到了自己很好的應(yīng)用,,在性價比優(yōu)勢明顯之下,很多客戶會選擇新松機(jī)器人,,我和新松的人打過不少交道,,我感覺新松人很聰明,我相信五年內(nèi)它會超過一些國際上的大企業(yè),。
而且機(jī)器人四大巨頭,,都集中于B2B的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,可以預(yù)見未來空間更大的是C2C領(lǐng)域的機(jī)器人,,服務(wù)機(jī)器人則屬于這個領(lǐng)域,。與工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人,、水下機(jī)器人,、特種機(jī)器人等多種不同的機(jī)器人不同的是,微納操作機(jī)器人不是獨(dú)立存在的,,是前邊眾多機(jī)器人的服務(wù)者而非敵對者,,它是一種可以嵌入到任何一種機(jī)器人里去的一種技術(shù),應(yīng)用成功的話,,機(jī)器人就如虎添翼,,它注定將成為所有種類機(jī)器人親密的伙伴和寵兒。
我認(rèn)為,,微納技術(shù)是未來十到二十年最有潛力的技術(shù)之一,,跟以往的自動化,、工業(yè)機(jī)器人有很大不同,微納技術(shù)將會成為機(jī)器人技術(shù)獲取長遠(yuǎn)發(fā)展的一塊“敲門磚”,,將會帶給整個世界以革命性的改變。
五十年前電腦跟一個房間那樣大,,而如今微型計算機(jī)就跟芯片一樣大,,微納操作機(jī)器人未來將會越來越小,也將會越來越有效率,,類似于我們手臂上的肌肉,,它由一個個微小的細(xì)胞組成,而手臂卻能運(yùn)動并給出驚人的力量,??梢钥吹剑缃裾麄€世界都在做微納技術(shù),,比如碳納米管,、生物傳感器等,都是這方面典型的案例,。記得1966年《神奇的旅程》這部電影里有一個情節(jié)是,,科學(xué)家被縮地非常小,注射入人體內(nèi)完成了手術(shù),。未來這并非僅存在于虛幻的影像里,,肉眼看不到的微納操作機(jī)器人甚至可以直接鉆入人的身體里完成一場大手術(shù),然后再從某部位鉆出來,。但誰都無法預(yù)言這一天將何時到來,。
雖然我無法知悉電影中的場景何時實(shí)現(xiàn),但我對自己依然有個時間表,,每個階段都完成怎樣的目標(biāo)也非常清晰,。在我的實(shí)驗室里,你會看到可以進(jìn)行3D細(xì)胞組裝的微機(jī)器人系統(tǒng),,它基于細(xì)胞群的模塊化加工與多機(jī)器人協(xié)同組裝,,實(shí)現(xiàn)了人體功能性組織自下而上型仿制。它基于打印模式的微小血管支架構(gòu)造機(jī)器人集微流道技術(shù),、芯片實(shí)驗室技術(shù),、機(jī)器人技術(shù)、視覺控制技術(shù),、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)于一體,,涉及多個領(lǐng)域的前沿學(xué)科,是世界微小血管制造的新興研究方向,,處于國際先進(jìn)水平,。在該支架中加入血管細(xì)胞,,利用血管細(xì)胞和可降解支架的復(fù)合培養(yǎng)來構(gòu)建具有生物活性的、有功能的小直徑血管替代物,,解決目前外科手術(shù)中代替小直徑血管(直徑<6mm)支架材料來源極其有限的困境以及人工再生組織器官缺少微血管網(wǎng)絡(luò)的難題,。
從基礎(chǔ)性研究做起
現(xiàn)在大家都提工業(yè)4.0,對于機(jī)器人來說,,硬件比如電池,、電機(jī)等一些裝置,物理上幾年就能創(chuàng)造出一個機(jī)器人,,現(xiàn)在最關(guān)鍵的是內(nèi)在的軟件,,就像人類的大腦,我們要認(rèn)真思考,,如何做好和用好機(jī)器人,?我預(yù)計軟件可能在未來五到十年會有一個大的提高。機(jī)器人來到人類中間,,必須要有個交互,,嵌入到人類社會生活里邊去,我們通過網(wǎng)絡(luò)便可以控制機(jī)器人,,提供一個智能生活,。未來若有應(yīng)用性產(chǎn)品誕生,當(dāng)然每個人都有不同喜好,,每個國家每個民族同樣有著各自的文化和需求,,就像中國很多不同口味的美食一樣,機(jī)器人也同樣有各個國家的風(fēng)格,,而我們的設(shè)想是,,不是專門給歐洲、日本或者中國做一款機(jī)器人,,我們要做的是一個通用的服務(wù)機(jī)器人平臺,。經(jīng)常有人問我如何教育學(xué)生、培養(yǎng)人才,,我認(rèn)為學(xué)生不是由教授來培養(yǎng)的,,教授需要做的只是給學(xué)生好的機(jī)會,好的環(huán)境,,而他自己如何做取決于自己的努力和自己的想法,,當(dāng)然也需要給他們好的建議,但采取與否仍然取決于他們自身,,另外,,進(jìn)入一所好大學(xué),有一個好的環(huán)境也非常重要,。以我和博士研究生劉曉明為例,,原來他是一個碩士,,我們經(jīng)常在研究會上討論新的想法,我鼓勵他去實(shí)現(xiàn)并同他一起分析結(jié)果,,慢慢的他對自己的研究越來越有興趣,,又從碩士轉(zhuǎn)成博士,我會給他創(chuàng)造盡可能好的條件,,比如鼓勵他參加國際會議,,與來自世界各國的專業(yè)人士進(jìn)行交流,帶他去參觀世界上最好的研究室,,就這樣,,他對微納技術(shù)就有了更直接更先進(jìn)的了解,。在我看來,,學(xué)生就像一株植物,給足夠的水和足夠的陽光,,他就能很好地成長,。有人疑惑,我來到中國并沒有選擇其他的領(lǐng)域,,而是鎖定在了微納操作機(jī)器人的基礎(chǔ)性研究領(lǐng)域,。原因是,如果把未來中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)比作一棵茂盛的大樹,,那么技術(shù)就是地下龐大的根須系統(tǒng),,以往中國在很多方面一直在模仿,從國外引進(jìn)一些先進(jìn)技術(shù),,就是“拿來主義”,,而現(xiàn)在中國有需求做真正屬于自己的機(jī)器人,技術(shù)創(chuàng)新尤為重要,。樹沒有根須會死掉,,這個淺顯道理似乎大家都明白。而中國只從國外拿來技術(shù)的話,,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)之樹也長不高,。微納操作機(jī)器人研究的基礎(chǔ)不僅要牢固,也要廣泛,,把基礎(chǔ)打牢才能將產(chǎn)業(yè)化做得更好,,中國在微納操作領(lǐng)域需要更多基礎(chǔ)性的研究成果。很多國家制定戰(zhàn)略規(guī)劃搶占機(jī)器人的高地,,中國也制定了“中國制造2025”,,機(jī)器人研究在中國有了培育土壤。做好機(jī)器人基礎(chǔ)性研究,,要有三個條件缺一不可,。一是人力資源方面,,需要更好的科學(xué)家,踏踏實(shí)實(shí)從事科研工作的人,;二是要資金,,現(xiàn)在中國政府設(shè)了很多基金,來扶持機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展,,這是個好事兒,;第三個就是機(jī)會,從政府到學(xué)校都重視基礎(chǔ)性研究,,便會給科研人員很多機(jī)會,,給他們很好的環(huán)境去做研究。