“智能机械”探究之旅

      从库卡，到发那科，再到上海交大机械与动力工程学院，我把机械工程从基础产品制造到科研开发应用的道路大致走了一遍——道路是康庄而平坦的，而那也是先驱们为我们殷勤铺就的，道路两旁还有更多未开垦的土地，等待着新时代的人们去发掘......

（德国库卡公司机器人）

      库卡源自德国人之手，创立于19世纪末，在那个时代，显然是一项划时代的壮举。今天的库卡，为了适应社会和市场所需，其制造和调试都是大批量且严谨的。我走进大工厂，一箱箱成品和待组装的原材料被规整地垒在一起，那气场便足以撼动人心。穿过仓储室，便来到机器人组装车间，“六轴自由度”“扭矩”等新名词也逐渐出现在我的耳畔。从事工业生产的机器人因为需要足够灵活，所以整台机器上有六个可动轴——好比人的肩膀、胳膊肘、手腕，和三个指关节。而一些从事重复性简单劳动，如工件上下料、货物的搬运、码垛、流水线包装、贴标签等的机器人，只用四轴即可，同时也节约了成本。至于“扭矩”的概念，指电动机输出功率一定时，齿轮转速较慢（这也充分体现了减速机的功用），机器对外力矩（力）便较大，使工作更高效。在测试房，眼前浮现的机器人抓取重物，四处旋转、摆动的场景也深深折服了我......

    带着对库卡的流连和对发那科的憧憬，我前往了下一个目的地。日本的机器人丝毫不逊色于德国人的，甚至更加精细和全面。发那科的追求可不只是搬搬东西、或简单的修修补补。举个例子，就如上图。高速视觉分拣整列系统系统以每秒十米的速度操控着它的火眼金睛，或将不合格的次品扫出传送带，或准确抓取杂乱无章目标，这台”八爪鱼“机器人在流水线应用方面，毫无疑问地扮演着重要的角色。

      高科技一些的，便如上者——手机机壳外观检测系统，而关键词是“基于深度学习”。若无深度学习，机器人中的计算机只不过是只会记忆，不会变通的“榆木脑袋”罢了。但有了编程给予它们的深度学习能力，可以让它们像人一样懂得思考和反馈、举一反三——一个手机外壳，何为磨损？何为完好？很多时候，这需要机器人自己决定。

  中午来到发那科公司的食堂，一个长相彪悍的机器人厨师吸引了我的注意——它是负责做面条的。好奇之下，我兴冲冲地跑过去，在控制面板上选择我需要的面条种类、口味、分量等，一下单，“厨师”就热火朝天地忙活了起来，一阵“拳打脚踢”之后，一碗令人馋涎的面条便被端到了我面前。由此可见，机器人在烹饪方面已经与人展开了竞争啊！（面条的味道说实话挺不错的......）

      离开了基础产品制造业，我便正式投身于机械与科技的结合的探索之中，为此，我来到上海交通大学机械与动力工程学院。

      第一个大块是汽车结构与制造。我亲眼见证了汽车发动机内部的世界，四活塞内燃机的活塞箱与活塞也第一次跳出了物理课本。活塞的吸气、压缩、做功、排气四冲程全由活塞箱上的两个轮轴上下移动所控制，其转动也控制了吸气与排气口的开闭协调，并实现了内能与机械能的转化。而气缸排出的高温废气经过涡轮增压后，提高了气体内能利用率，可谓佳矣。与此同时，汽车的零件制造，也是由一个“大家伙”用微型刀片和高压放电的线切割完成的杰作，令我大开眼界。

      第二大块又是回归到大家耳熟能详的机器方面了。这里的机器少了如机器人那般的显而易见，却真正造福了人类。上图是一个智能假肢，它能感受到皮肤下微弱的电波信号，从而从人的个体主观层面上去配合人想要完成的动作。若正常人戴上它，其精准程度可达到人在空气中写一个字，它都能无误识别。

      然后是微创手术机器人系统，其酷似现在已有的内窥镜手术设备，但比内窥镜技术更加高明，在医疗市场上更是有广阔的应用前景。该机器人的单只手术臂仅需通过开有数毫米直径手术切口的腹壁进入患者腹腔内，由外科医生在控制台上进行操作，手术影像全部反映在显示屏上。其可以进行组织剥离、切除、缝合等各大类精细化动作，系统是模块化配置，能高度协调。它的顶级代表是由美国制造的、最初诞生于斯坦福大学的“达芬奇”机器人，现年均成长率30%，截止2017年10月，在中国内陆就有67台。

（微创手术机器人在术后缝补穿线的模拟图，图片来源于北京术锐技术官网）

    最后再介绍上图中这么一个机器人，它现已用于长江三峡大坝的检修之中。该机器人履带之下装有钕铁硼磁铁（即吸力超强），可以紧紧抓在隧道的任何一部分，用探测器发现瑕疵，并立即进行修补，大大节省了人力，提高了成功率。

      小结：此刻方慨叹，凡常人之可所为，何不托其于机械乎？机械生而服务于人，并必将在某些领域达到人所不可企及的高度。我有幸处在这样一个新科技如雨后春笋般涌现的时代，同时一定会追随着新技术的步伐，坚定不移地迈向未来那宽敞的，却又未知的大门。当几百年前的工业革命第一次兴起时，人们还在为填饱肚子而奋斗，时而对其充耳不闻；而反观几百年之后的今天，智能的各种机械已作为时代的使者，催促着人们不断探索、发现，为高科技奉献出自己的热忱与汗水......

      智能机械的开发是美好的，也必将是布满荆棘的！