形似而神不似，仿生機器人如何突出重圍？

來自專欄智能相對論

文|柯鳴

來源|智能相對論（aixdlun）

在電影《機器人瓦力》中，可愛的WALL-E(Waste Allocation Load Lifter Earth Class，地球版垃圾配置承載起重機，中文名瓦力)，作為地球上最後一台垃圾處理機器人，地球上早已不適宜人類生存，瓦利將地球上的垃圾處理成一個個的方塊疊加起來，然後通過電視中殘留的印象感受愛情。

電影照進現實，Festo近日發布仿海扁蟲機器魚BionicFinWave，我們先來看看它令人驚艷的美感：

這款仿生機器人在水裡游起來動作十分自然、流暢，簡直可以用美妙來形容。根據外媒介紹，BionicFinWave以兩片柔軟的矽膠（Silicone）代替烏賊肉鰭，透過左右各9個支點協助進行波浪狀拍動。

同樣，這款仿生機器人也貫徹了Festo一貫的宗旨——美到驚艷，卻基本沒啥用處。雖然其在產品介紹中，竭力說明仿生魚的用處，諸如深海探測、數據收集等，但是並沒有成熟的落地應用。

仿生機器人，最早可以追溯至中國三國時期的木牛流馬以及1893年由Rygg設計的機械馬，其發展已經經歷了相當長的時間。隨著對於仿生機器人認識的不斷深化，人們對其的研究也走向了「第四階段」：即構建結構與生物特徵一體化的類生命系統，強調仿生機器人不僅具有生物的形態特徵和運動方式，同時具備生物的自我感知、自我控制等性能特性，更接近生物原型。目前大熱仿生腦和仿生神經也屬於此類方向。

仿生機器人發展歷程

「形似而神不似」，仿生機器人怎麼了？

仿生機器人發展至今，「研究大於功效」是目前所普遍存在的一種情況。許多仿生機器人都有著概念上的強大效力，比如說波士頓動力早期非常出名的「大狗機器人」。這款能像真的獵犬一樣前進、翻閱障礙的四足機器人，原本是給軍方提供的戰場輔助機器人，大狗在視頻上看著機動力非常強勁，但是當其實際交付時，極大的噪音讓其戰場輔助的功效也隨之湮滅。

從市面上已有的仿生機器人的表現來看，其應用並未十分理想。究其原因，智能相對論（aixdlun）分析師柯鳴認為，形似而難以神似的仿生機器人，有幾個問題難題仍需突破。

1.過於簡單的生物機理模型

作為仿生機器人，其目的是為了能夠延伸或替代生物體的部分功能，以達到便捷特定場景工作的功效。而從目前的發展情況來看，仿生機器人模型建立過於簡化、研究結果不夠深入等問題，使得仿生機器人樣機與生物實際的功能相距甚遠。

畢竟，生物體是一個相當複雜的系統，每一個動作和功能都是由骨骼、肌肉、神經系統等多方面協調的結果，並非一個簡單的程序可以替代。另一方面，生物機理的研究要結合大量的試驗，而現有試驗條件及研究方法過於單一，無法完全滿足相應生物運動規律的觀測要求。

此外，落地結果不盡如人意的原因還在於跨學科協作太少。畢竟，仿生機器人作為一個再現生物機理的模式，其需要比如腦科學、生物科學等多種學科的研究成果，這也意味著想要實現對生物機理的準確建模和分析，依然有著很長的路要走。

2.難以量產的高昂價格

今年五月，波士頓動力公司展示了雙足機器人Atlas的最新進展，視頻中，Atlas不僅可以在戶外環境下自由奔跑，而且能自主跨越障礙物。雖然Atlas進步很大，但不可否認的是，與《西部世界》中高度智能化的接待員相比，Atlas就像一個剛出生的嬰兒。

而這個「嬰兒」，並不便宜。作為還沒有完全投入使用的仿生機器人，其研發和製作成本達數百萬美金，想要做到量產和產業化依然有著相當遠的距離。在落地的產品中，在工博會上展出的仿生機器人，其成本要20餘萬元，而就單機器人外殼成本則需2萬元，綜合售價也高達30萬，這是一般企業難以承擔的。

此外，目前我國的部分仿生機器人生產缺乏核心零部件的生產能力，這也導致了其高昂的生產成本。實際上，國內理論研究、市場應用、製造水平與國外差距不大，而關鍵的基礎元器件，如電機、減速器、感測器則依賴進口，這大大提高了機器人的生產成本。

3.無法克服的應用之殤

作為仿生機器人，隱蔽、難以分辨及被察覺是其一大優勢，目前所研製的機器魚或水下滑翔機，可以秘密潛入敵海軍基地乃至抵近敵艦艇進行偵查乃至破壞。但是，在陸地和空中時由於刻意模仿生物的運動模式，對機器能源的利用過於低效，像機器鳥還存在有效載荷太小的問題，因此嚴重限制了其使用範圍。

比如，網紅機器人「獵豹」。這款機器人用四足奔跑，可以達到時速47公里。用機器的方式超越了所有哺乳動物的運動極限。但它的問題是這種速度的耗電量實在過大。如果不能連接大量電纜，其使用時長僅為幾十分鐘。

成本太高、維修太難、能耗太大、噪音太強，這一切似乎都成為了仿生機器人落地的攔路虎。也正是這樣一些因素，使得許多仿生足機器人距離實際應用還有相當遠的距離，而目前，我們也就只能在YouTube上看看他們的神奇表演了。

仿生機器人該如何突圍？

存在即合理，仿生機器人的出現，是符合當前機器人發展趨勢的。其在應用過程中雖然有諸多不夠完善之處，但是其有著相當大的發展前景，仿生機器人，依然可以突出重圍。

1.革新智能化材料與控制方式

顯然，隨著仿生機器人技術的進一步發展，傳統的鋼材、塑料的傳統材料難以滿足更為複雜的場景應用，而使用與生物性能更加接近的仿生材料，可以降低能耗、增強效率。

比如水下仿生機器人的設計中，通過採用新型的柔性材料進行仿生魚的設計，可以更好地實現仿生魚遊動速度快、運動靈活的特點 。

在仿生機器人的發展中，如果未來可以摒棄傳統的機器人控制方式，進一步深入開發研究肌電信號控制、腦電信號控制等仿生控制方式，通過神經元進行仿生機器人的精細控制，並在多感知信息融合、 遠程監控、多機器人協調控制等方面獲得突破，實現更加精確、適應性更高、響應更加快速的控制過程及良好的環境感知能力。

2.特定垂直化場景或成仿生機器人發力點

從目前來看，仿生機器人的應用比較廣泛，各個領域都存在仿生機器人，比如軍事領域、醫療領域、救援領域等等，但是其表現卻各有優劣。

雖然軍事領域的許多仿生足機器人為人所詬病，認為其應用價值不高，但是，在醫療、救援等特定的垂直化場景，仿生機器人的表現卻出乎意料的優異。

在醫療領域，軟體機器人的典型案例就是哈佛軟體機器人實驗室研製的人工心臟，其外體為硅膠澆築，內部螺旋狀埋設人工肌肉。人工心臟通過氣動人工肌肉（PAM）控制自身運動，選擇性激活或關閉人工肌肉單元，進而模擬心臟肌肉收縮規律，並使用軟體進行數值模擬。

軟體仿生機器人構建的人工心臟

此外，軟體仿生機器人因其柔軟的機體、彎曲的形態和不規則的表面能夠使得其在不同環境中能夠更為靈活的運動。因此，將軟體機器人與可穿戴設備結合用以幫助特殊人群完成生理活動。比如哈佛大學的軟體機器人手套幫助病人術後恢復等。

同樣，在探測和救援領域，也能夠發揮一定優勢。比如在地震、海嘯災害搜救過程中，仿生機器人可以藉助機械挖掘搜索，提高搜救效率的同時也保障了搜救的安全性。

總之，仿生機器人發展至今，確實存在著一定的問題，形似而神不似，但是，借大自然之手開闢出仿生機器人這一想法是人類智慧的結晶，終有一天，這顆智慧的大樹也一定會結滿累累碩果。

智能相對論（微信id:aixdlun）：深挖人工智慧這口井，評出鹹淡，講出黑白，道出深淺。重點關注領域：AI+醫療、機器人、智能駕駛、AI+硬體、物聯網、AI+金融、AI+安全、AR/VR、開發者以及背後的晶元、演算法、人機交互等。

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