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《液态全柔性智能机器人新突破》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： shenxiang
  • 发布时间：2019-11-19

  • 天津大学精仪学院黄显教授团队成功研发出液态全柔性智能机器人，有望成为柔性电子产业和植入医疗器械的革命性突破。相关研究成果近期发表于国际工程和自然科学领域权威期刊《尖端科学》，并得到国家自然科学基金和天津自然科学基金等支持。

    柔性电子器件具有超薄、可折叠、可延伸的“类皮肤”特性，在能源、医疗、通讯等领域拥有广阔的应用前景。该机器人除了拥有良好的运动性和适应能力外，还搭载着多种传感器，温湿度传感器，食品毒素传感器，无线能量采集模块，该机器人诞生具有重要的科学价值和应用市场。

    黄显教授表示：理论上，利用柔性电子技术研发的微型“软体”机器人可以反复改变形状，实现运动、抓取、运输和触觉感应等功能。但现阶段“软体机器人”依然面临“硬伤”，需要依赖传统的刚性传感元件和电路，严重阻碍了性能的实现。现代社会的多元化需求急切呼唤“全柔性”机器人的出现。

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  • 《智能工业机器人：数量缺口待补齐 关键技术需突破》
    • 来源专题：数控机床——前沿技术
    • 编译者：杨芳
    • 发布时间：2018-09-20
    • 近年来，我国智能工业机器人行业发展迅猛，但在核心及关键技术的原创性研究、高可靠性基础功能部件、系统工艺应用解决方案等方面与发达国家相比还有差距。业内专家认为，一方面要扩大国产机器人产量，提高国内机器人企业的产能；另一方面，要推动国产机器人关键零部件的国产化，提高关键零部件生产能力，满足国产机器人产能扩张的需要―― 　　智能工业机器人被称为“制造业皇冠顶端的明珠”、淘金“中国制造”的“风口”，其研发、制造、应用成为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。 　　关键零部件突破尚需时日 　　日前，在深圳举办的2018智能制造与机器人产业对接交流会上，香港中文大学（深圳）机器人与智能制造研究院副院长丁宁表示，机器人存在的意义就是为人服务，要具备工具、经济、技术、社会属性。随着运行、使用成本高等难题的解决，机器人产品落地将不断推动企业制造模式的转型升级。 　　深圳机器人协会秘书长毕亚雷认为，人工智能与机器人的融合正成为新趋势，一方面推动产业规模提升，随着劳动成本不断提升，机器人换人的积极性也在提高。其中，快递小哥和3C生产线的工人将会是机器人产业作为人机协同、帮助人完成重复性任务的最好应用场景。 　　多位业内专家表示，目前，AI（人工智能）本身推动机器人产业的发展，机器人也很好地成为AI产业的抓手。在基础层有算法模型、智能芯片、智能传感器；在技术层有语音识别、文本识别、图片识别；在应用层有无人机、智能驾驶、智能机器人、智能教育、智能金融、智能医疗等。 　　以深圳为例，2017年机器人行业已有龙头企业崛起，工业机器人行业已开启规模化效应，服务机器人已进入快速发展期。在应用于3C和物流等主导产业的“本体+系统集成”领域，代表企业有雷柏科技、中科德睿等。控制器、伺服电机等机器人关键零部件企业发展也十分迅速，涌现出雷赛智能、固高科技等优秀企业，但部分零部件规模化尚需时日。服务机器人产业部分细分领域异军突起的代表企业有神州云海、中智科创等。 　　长期关注智能制造和机器人产业发展的深圳康利集团董事长王翠霞在会上表示，将为智能制造和机器人科技研发成果转化，智能制造和机器人行业企业、项目与社会资本提供有效对接，将高端科研成果、产业和资金有机结合起来，更好地将核心技术走向产业化、走向高端制造。据悉，康利科创智谷科技孵化器目前已经正式投入运营，孵化企业已陆续进驻。 　　工业机器人岗位有空缺 　　为抢占新一代工业机器人国际制高点，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部联合发布的机器人产业发展规划提出，将为我国机器人产业提供更好的发展机遇，提升企业自主创新能力，突破新型材料、新型感知、智能控制等前沿技术和关键技术，加快新一代工业机器人的技术研发和样机生产。 　　据深圳市机器人协会统计，按10年使用寿命折旧来算，工业机器人产品每年成本约5万元，而3个成熟的焊接技工每年的成本至少需要21.6万元。1台工业机器人在产生相同效益时，投入的成本是使用人工成本的23%。这个比例将大大降低企业制造成本，为企业盈利提供广阔空间。 　　然而，我国工业机器人的使用密度远低于全球平均水平，与韩国、日本、德国等发达国家相比差距更加明显。如韩国是全球工业机器人使用密度最高的国家，每万人中拥有机器人数量396台；日本的万人拥有量也达到了339台；德国则以267台的万人拥有量位居第三。而我国的万人工业机器人拥有量则仅为23台，不及国际平均水平58台的一半。目前工业机器人的应用在我国比例为6.4%，日本是26.6%、美国是13.8%、德国是13.6%、韩国是10.8%。由此来看，与发达国家的巨大差距意味着我国工业机器人市场发展潜力巨大。 　　前瞻产业研究院发布的《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》显示，目前工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业等领域中。在我国，约33%的工业机器人用于汽车整车制造及汽车零部件制造行业、约31%的工业机器人用于电子电气行业。 　　截至2017年底，我国工业机器人生产已超过13万套，累计增长68.1%，其中12月份产量达到12682套，单月同比增长56.5%，连续占据工业机器人最大市场。毕亚雷表示，产量高速增长的背后也带动了机器人行业的人才需求，不管是机器人的维修、调试、操作或编程，都大量需要相关的技术人员。 　　产业发展任重道远 　　机器人产业发展包括研发试验、机器人本体和零部件产业化、系统集成技术、服务等，每一个环节都很重要。整体来看，产品以低端为主，我国大部分机器人企业目前集中在集成领域，加工组装企业占多数，国产六轴工业机器人占全国工业机器人新装机量不足10%；在核心及关键技术的原创性研究、高可靠性基础功能部件、系统工艺应用解决方案以及主机批量生产等方面，距发达国家还有相当大的差距。虽然多年来国家对这方面也做了较大的投入支持，但由于原来市场规模和产业化程度不高，不足以带动核心部件的发展，致使效果不理想。此外，自主品牌认可度不高、行业标准有待进一步规范等都制约着工业机器人产业的高质量发展。 　　由此可见，我国机器人技术实力不足制约了产业化规模，而规模较小也反过来制约了技术的发展，这些都影响了机器人产业化进程。业内专家认为，若想提高国产机器人的市场竞争力，一方面要扩大国产机器人产量，提高国内机器人企业的产能；另一方面，要推动国产机器人关键零部件的国产化，提高关键零部件生产能力，满足国产机器人产能扩张的需要。 　　目前，我国对智能制造和机器人亦高度重视，多部门力推机器人产业发展，从顶层设计、示范应用、人才培养等多个方面着手推进自主品牌机器人产业发展，扶持政策越来越全面、细化。明确提出了将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，提出机器人产业的发展要“围绕汽车、机械、电子、危险品制造、化工、轻工等工业机器人应用，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体，减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。”这些对我国机器人企业突破技术瓶颈、提高产业化能力将起到促进作用。 　　与此同时，工业和信息化部在原材料工业转型发展工作要点中提出，在机器人产业方面，扩大关键岗位机器人应用，在健康危害和危险作业环境、重复繁重劳动、智能采样分析等岗位推广一批专业机器人。 　　尽管如此，我国工业机器人与美、日、欧等发达国家相比差距仍然明显，尤其是高端工业机器人核心部件和核心技术还需要进一步形成具有较大行业影响力的自有品牌。面对发展中的我国工业机器人，毕亚雷表示，要加快实现中国从制造业大国向制造业强国的转变，一方面需持续优化产业结构，出台促进制造业转型升级的更有力举措，助推工业机器人国产化，提升核心竞争力；另一方面，企业在采购工业机器人时，不要盲目依赖进口品牌，而应综合考虑性价比，在性能相当时优先选择国产机器人。
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  • 《《科学美国人》评出2019年十大突破性技术》
    • 来源专题：科技大数据监测服务平台
    • 编译者：zhangst
    • 发布时间：2019-07-10
    • 日前，著名科普杂志《科学美国人》公布了2019年十大突破性技术榜单。榜上有名的既有“高深莫测”的新型核反应堆和DNA存储，也有“平易近人”的新型肥料和食品包装。科技日报记者梳理后发现，这十大技术可分为清洁环境、革新能源、促进健康、便捷生活与颠覆创新五个大类。 清洁环境类技术 可生物降解塑料和智能肥料技术能够使环境更清洁。 塑料垃圾不仅能在环境中存在数百年，还会释放有毒化合物。之前以玉米、甘蔗或废油脂为原料生产的可生物降解塑料，性能难以与普通塑料相比。现在，英国伦敦帝国理工学院、芬兰梅特根生物技术公司等正在研究使用低成本离子溶剂和生物酶处理纤维素或木质素，生产新型可生物降解塑料，有望助力解决塑料垃圾问题。 农用肥料中的氮会在大气中形成温室气体，磷则进入河流，引发藻类等生物过度生长。海法集团和ICL特种肥料等公司利用先进的材料和制造技术，改进胶囊类缓释肥料外壳，使其成为“智能肥料”，能根据土壤温度、酸度或养分改变释放率。相比需要人工智能、数据分析和大量传感器的所谓“精确农业”，这种方式更易推广。 革新能源类技术 新型核能和大规模储能技术有望带来新的能源革命。 现有的商业核反应堆使用的几乎都是将铀芯堆积在锆合金内的核燃料棒。如果锆过热，它会与水反应产生氢气并爆炸，这一问题导致了美国三岛和日本福岛的核事故。正在研制的“第四代”核反应堆将用液态钠或熔盐代替水来传递热量，避免产生氢气。美国则提出建设小型模块化反应堆以提高安全性。新型燃料和小型模块化反应堆有望带来核电复兴。 风能和太阳能是主要的可再生能源，但需要大规模的储能技术存储“备用能量”，以便在晚上或无风的时候使用。之前，抽水蓄能和锂电池是主要的储能方式，分别存在成本高和储能时间短的缺点。美、韩、中、日等国正在研制大型流电池和氢燃料电池，有望解决上述问题。 促进健康类技术 治疗癌症和阿尔茨海默氏症的新靶点、先进的食品跟踪和包装技术能使人类更健康。 近年来，科学家发现了一种名为“本质无序蛋白”（IDP）的特殊蛋白质，一旦其不能正常工作，就会导致癌症或神经退行性疾病。随着科学家对IDP的研究愈发深入，工业界开始关注以IDP为靶点的治疗方法。IDP、Graffinity、Cantabio等制药公司都在研究相关药物，为治疗癌症、阿尔茨海默氏症等疾病带来新的手段。 据世界卫生组织统计，全球每年约有6亿人食物中毒，其中42万人死亡。新技术能够有效缓解这一问题。IBM公司基于区块链技术的云平台IBM Food Trust能够帮助食品行业快速溯源有毒食品，而TimeStrip UK和Vitsab International等企业研制的带有传感器的食物标签，能够帮助人们确定食品是否在适当的温度下储存和是否开始变质。 便利生活类技术 人类生活会因社交机器人和远程协同呈现技术更便捷。 人工智能技术使工程师能够将心理和神经科学转化为算法，让机器人能够识别声音、手势、眼神和情绪等以适应人们的需要。Softbank Robotics开发的人形机器人Pepper足以识别人脸和基本情感，并通过“胸部”的触摸屏对话，已经用来提供酒店登记、机场客户服务，担当购物助理等。此外，越来越智能的治疗机器人和玩具机器人，对老年人和孩子也很有吸引力。 远程协同呈现技术能够使不同地点的人克服空间的隔阂近距离接触。增强现实（AR）、虚拟现实（VR）及5G通信技术的发展使之成为可能。“X大奖”基金会已经发起了1000万美元的“ANA阿凡达”大奖赛，旨在“将人的感觉、行动和存在实时传送到一个遥远的位置，从而带来一个更为紧密的世界”。微软等公司也在进行相关研究。未来3—5年内，远程协同呈现技术将迎来突破。 颠覆创新类技术 以金属为材料的微型透镜和以DNA为载体的数据存储技术是榜单中最具颠覆性的技术创新。 一想到镜头材料，人们最先想到的就是玻璃，谁能想到金属？但传统的玻璃切割和玻璃弯曲技术很难制造出微型透镜，这限制了光学产品的小型化。现在，科学家使用金属替代玻璃制造透镜，并且发现金属透镜无需分层就能消除色差，在解决散光等导致图像失真和模糊的像差问题上也有所突破。金属透镜使设计、制造微型光学器件成为可能。 人类正面临严重的数据存储问题。到2020年，全球每年需要4180亿个1TB容量的硬盘才能容纳全部数据。相比之下，一个边长约1米的DNA立方体就足以容纳等量数据。事实上，DNA数据存储技术并不遥远。2017年，哈佛大学的研究人员将一只手的图像记录到了大肠杆菌的基因组中。华盛顿大学和微软研究院的研究人员已经开发出一个完全自动化的系统，用于编写、存储和读取DNA编码的数据。
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