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? 本報(bào)記者 李洋

在科技飛速發(fā)展的今天，智能機(jī)器人正逐漸走入人們的生活。然而，傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)機(jī)器人在人機(jī)交互時(shí)存在安全隱患，而部分協(xié)作機(jī)器人雖然考慮了人機(jī)交互的部分場(chǎng)景，但依然難以滿足通用場(chǎng)景下人們對(duì)機(jī)器人“可靠伙伴”的期待。

西湖交互機(jī)器科技（杭州）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“西湖交互”），以突破性的技術(shù)成果打破了這一困境，其首創(chuàng)的Phi-A柔性變剛度機(jī)器臂，通過自研的力學(xué)超材料與Jamming結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)算法，實(shí)現(xiàn)了“任務(wù)態(tài)剛性”與“交互態(tài)柔性”的自如切換，在遭遇碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)能瞬時(shí)切換至物理智能的“軟化”安全模式，構(gòu)建起人機(jī)協(xié)作、人機(jī)交互的“隱形安全氣囊”，突破了傳統(tǒng)機(jī)器人難以兼顧安全與性能的瓶頸。這項(xiàng)技術(shù)突破將加速智能機(jī)器人從“協(xié)作工具”到“可靠伙伴”的進(jìn)化。

據(jù)介紹，5月下旬，西湖交互將發(fā)布最新產(chǎn)品序列為HARET Robot系列的類人形整機(jī)。

超材料與變剛度的奇妙融合

西湖交互孵化自西湖大學(xué)講席教授姜漢卿的跨力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，其技術(shù)實(shí)力，是創(chuàng)始人姜漢卿深厚的學(xué)術(shù)積淀。

姜漢卿表示，在新型柔性變剛度機(jī)器臂的研發(fā)中，超材料是其核心亮點(diǎn)之一。

超材料的獨(dú)特之處在于，其性能并非由微觀分子結(jié)構(gòu)決定，而是取決于宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。“這就像一張柔軟的普通紙張，在未折疊時(shí)，幾乎沒有承載能力，輕輕一彎就會(huì)變形；然而，當(dāng)紙張通過特定方式折疊后，它的硬度會(huì)大幅度提升，能夠承受一定的重量?！苯獫h卿以折紙為例，生動(dòng)地解釋了這一概念：這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的承載能力不僅與材料本身的硬度（剛度）相關(guān)，還與結(jié)構(gòu)的抗彎剛度密切相連。在材料不變的情況下，僅僅是結(jié)構(gòu)的改變，就導(dǎo)致了剛度的顯著變化，這便是超材料通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改變宏觀性能的原理。

姜漢卿科研團(tuán)隊(duì)自2013年起就將“折紙”靈感引入工程應(yīng)用，并將其成果應(yīng)用于機(jī)器人材料的研發(fā)中。在新型柔性變剛度機(jī)器臂的關(guān)鍵部件中運(yùn)用類似“折紙”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使原本柔軟的材料在特定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)性能轉(zhuǎn)變，為機(jī)器人功能的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

解決了材料的問題之后，如何實(shí)現(xiàn)新型柔性機(jī)器臂的“變剛度”？姜漢卿表示，在這款產(chǎn)品中主要采用了Jamming結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)真空阻塞方法。

“打個(gè)比方，當(dāng)大米被密封在真空包裝袋中時(shí)，在大氣壓的作用下，大米顆粒之間相互擠壓，摩擦力增大，整個(gè)米袋變得堅(jiān)硬；而一旦剪開袋子，空氣進(jìn)入，大米之間的摩擦力減小，米袋就會(huì)迅速變軟，這就是利用摩擦力實(shí)現(xiàn)‘變剛度’效果即阻塞機(jī)制的體現(xiàn)?！苯獫h卿表示。

在柔性變剛度機(jī)器臂中，多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與阻塞機(jī)制相結(jié)合使得“變剛度”的實(shí)現(xiàn)更為巧妙。

與傳統(tǒng)依賴軟件緊急制動(dòng)的機(jī)器人不同，西湖交互的新型柔性變剛度機(jī)器臂具有獨(dú)特的物理智能?！八ㄟ^機(jī)械結(jié)構(gòu)或材料本身的特性直接產(chǎn)生反應(yīng)。”姜漢卿介紹說，機(jī)械臂外層是充正壓的氣囊，內(nèi)層是抽負(fù)壓的腔室，兩者通過一個(gè)受氣壓變化率影響的氣閥連接。在正常交互時(shí)，如輕柔地觸摸、擁抱，氣壓變化緩慢，氣閥關(guān)閉，機(jī)械臂保持內(nèi)部硬、外部軟的狀態(tài)；而當(dāng)遭遇碰撞等突發(fā)情況后，氣壓變化率急劇上升，氣閥迅速打開，外部氣體快速進(jìn)入內(nèi)層，使機(jī)械臂瞬間變軟，反應(yīng)時(shí)間小于一秒鐘，這種物理智能為安全交互提供了更可靠的保障。

“我們即將發(fā)布的類人型整機(jī)，是介于人形機(jī)器人和無人車之間最高性價(jià)比的機(jī)器人方案，在技術(shù)上通過使用成熟的SLAM相關(guān)雷達(dá)、導(dǎo)航性能，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)導(dǎo)航、避障等方面相較人形機(jī)器人極具優(yōu)勢(shì)，并且在成本和姿態(tài)穩(wěn)定上都具有極大優(yōu)勢(shì)?！苯獫h卿說，相比去年發(fā)布的純機(jī)械臂，類人形整機(jī)驗(yàn)證了“可變剛性機(jī)械臂在類人形整機(jī)上具有同剛性機(jī)械臂一致的任務(wù)性能”，同時(shí)在材料和結(jié)構(gòu)上更具有安全和成本優(yōu)勢(shì)。

開辟人機(jī)共融新場(chǎng)景

未來智能機(jī)器人要真正融入人類世界，人機(jī)交互的安全性和成本控制是關(guān)鍵。然而，當(dāng)前市面約95%的智能機(jī)器人采用剛性結(jié)構(gòu)，雖然在工廠、物流等限定場(chǎng)景發(fā)揮效能，卻因安全風(fēng)險(xiǎn)與高昂的成本而難以走進(jìn)人類生活空間。

機(jī)器人要真正成為人類的伙伴，必須具備人類生命的交互本能——物理智能，而非依賴軟件緊急制動(dòng)。如同人類觸碰高溫物體時(shí)瞬間縮手的反射弧，物理智能通過機(jī)械結(jié)構(gòu)或材料本身的特性（如柔性關(guān)節(jié)、彈性材料）直接產(chǎn)生反應(yīng)，減少依賴軟件計(jì)算的延遲。

姜漢卿說，西湖交互的新型柔性變剛度機(jī)器臂，在遇到碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)能瞬間切換至“軟化”安全模式，構(gòu)建起人機(jī)協(xié)作、人機(jī)交互的“隱形安全氣囊”。這種特性使得機(jī)器人在家庭、醫(yī)療、康養(yǎng)等與人密切接觸的場(chǎng)景中能夠安全運(yùn)行，為機(jī)器人的廣泛應(yīng)用開辟了新的空間。

此外，該機(jī)械臂材質(zhì)輕盈，對(duì)電機(jī)負(fù)載性能要求更低，從而降低了成本。目前，它能夠適配市面上90%的通用人形機(jī)器人，為具身智能機(jī)器人的發(fā)展提供了創(chuàng)新解決方案。

姜漢卿指出，過去的工業(yè)機(jī)械臂只能執(zhí)行單一、預(yù)先編寫好的動(dòng)作程序，如汽車制造中的擰螺絲、安裝部件等。而通過AI算法訓(xùn)練的新型柔性變剛度機(jī)器臂，具備一定的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，例如可以抓取不同形狀、位置的物品，如杯子、手機(jī)等。雖然目前AI訓(xùn)練機(jī)器人成本較高，需要大量顯卡（GPU）等硬件資源進(jìn)行計(jì)算，但這是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人復(fù)雜功能和智能化發(fā)展的必經(jīng)之路，也是未來機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

可以想象這樣的未來：清晨，搭載情感感知系統(tǒng)的機(jī)器人管家遞上溫度適宜的咖啡；獨(dú)居老人起身時(shí)，柔性機(jī)械臂及時(shí)托扶，陪伴其安全行走；當(dāng)主人情緒低落，仿生織物手臂會(huì)主動(dòng)給予溫暖擁抱……這些曾存在于科幻電影中的場(chǎng)景，正隨著機(jī)械臂技術(shù)的突破逐漸成為現(xiàn)實(shí)。從“冰冷工具”到“智能伙伴”，人機(jī)交互的未來，已然觸手可及。

姜漢卿表示，接下來，西湖交互希望將變剛度推向極致，使其在硬態(tài)時(shí)能夠接近甚至達(dá)到傳統(tǒng)鋼質(zhì)機(jī)械臂的強(qiáng)度，在軟態(tài)時(shí)又可以對(duì)折；同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)多模態(tài)功能，如為機(jī)械臂添加加熱功能、感知功能等，使其具備類似電子皮膚的能力，能夠敏銳地感知外界的觸摸、壓力等信息，從而實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互。