2024-09-06
2024世界機(jī)器人大會(huì)以“共育新質(zhì)生產(chǎn)力 共享智能新未來”為主題,為期三天的主論壇和26場專題論壇上,416位國內(nèi)外頂尖科學(xué)家、國際組織代表、院士和企業(yè)家聚焦前沿技術(shù)、產(chǎn)業(yè)動(dòng)向和創(chuàng)新成果,深入研討人工智能與機(jī)器人技術(shù)深度融合帶來的新趨勢、新機(jī)遇,共同打造了一場十分精彩的機(jī)器人領(lǐng)域前沿觀點(diǎn)盛宴!
在8月22日下午的主論壇上,德國奧爾登堡大學(xué)教授,IEEE RAS 微納機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)主席Sergej Fatikow以《工業(yè)應(yīng)用場景下的高精度微型機(jī)器人技術(shù)》為主題發(fā)表演講。
數(shù)說2024世界機(jī)器人大會(huì)
論壇
26 家國際支持機(jī)構(gòu)
3 大主題 26 場專題論壇
416 名國內(nèi)外頂尖科學(xué)家、國際組織代表、院士和企業(yè)家
74 位國外嘉賓及港澳臺(tái)嘉賓參會(huì)
線上線下聽眾達(dá) 160萬 人次
展覽
27 款人形機(jī)器人集中亮相
首發(fā)新品 60 余款
近 170 家參展企業(yè) 600 余件參展產(chǎn)品
參觀人數(shù)近 25萬 人次
大賽
全球 10 余個(gè)國家和地區(qū)的 7000 余支賽隊(duì)
13000 余名參賽選手
每天參賽人數(shù) 4000 余人
媒體關(guān)注
近 400 家國內(nèi)外媒體
短視頻平臺(tái)話題播放量達(dá) 2.9億
以下是演講內(nèi)容實(shí)錄
Sergej Fatikow(德國奧爾登堡大學(xué)教授,IEEE RAS 微納機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)主席)
非常感謝本次會(huì)議的主辦方中國電子學(xué)會(huì)給我這個(gè)機(jī)會(huì)和大家分享一下,剛剛聽到了韓總的分享,和我今天所探討的議程高度相關(guān),我們主要是做工業(yè)機(jī)器人在不同場景中的應(yīng)用,主要關(guān)注的是創(chuàng)新。
現(xiàn)在都很清楚可重復(fù)性是非常重要的,但是在微納米層面怎么樣,機(jī)器人如何分揀東西,比如說小的西紅柿只有幾厘米的直徑,這些任務(wù)微納米機(jī)器人很適合了。
重點(diǎn)不只是說分揀番茄,而是想象一下這個(gè)技術(shù)未來的可能性,當(dāng)我們談到不同技術(shù)的舉措時(shí)談的是建設(shè)一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)器。這方面也要達(dá)到微納層面機(jī)械高吞吐量、可靠性、可重復(fù)性以及低成本,我們是需要大量納米級(jí)機(jī)器人在相應(yīng)的領(lǐng)域進(jìn)行工作,這個(gè)完全是另外一種工業(yè)機(jī)器人。所以我們來說一下這門新科學(xué)背后的術(shù)語。
說到高精度,精度和準(zhǔn)確度其實(shí)不太一樣的,需要在納米級(jí)進(jìn)行高精度的定位,而且是有很高的可重復(fù)性和可靠性的,根據(jù)ISO的標(biāo)準(zhǔn),高精度微納級(jí)的機(jī)器人代表100納米之下,在這之下的機(jī)器人技術(shù)才能被稱之為微納技術(shù),這方面是關(guān)于小尺寸機(jī)器人專門的科學(xué)。
我們再說一下微型機(jī)器人,這方面其實(shí)是有30多年的發(fā)展歷史的,是始于上世紀(jì)90年代,最開始的時(shí)候有一點(diǎn)誤導(dǎo)性的,我們認(rèn)為這樣一些微型機(jī)器人可以達(dá)到納米尺度的精度和可持續(xù)性的,但是之前僅僅是減小機(jī)器人的尺寸,不能解決精度的問題,這就是為什么微納機(jī)器人是另外一個(gè)研究的重點(diǎn)。
我們很快的說一下這樣一個(gè)高精度微型機(jī)器人的定義,我們從90年代開始這門科學(xué)的研究,它是在厘米尺度上進(jìn)行研究,我們的目的是高精度的驅(qū)動(dòng)傳感設(shè)計(jì)和制造,以此能夠確保在納米層面上一個(gè)精度,而不是像之前的厘米級(jí),我們說的這樣一個(gè)微型機(jī)器人到底要多小,要回答這樣的納米尺度的物理問題,設(shè)計(jì)機(jī)器人其實(shí)并不是最重要的,我們是需要保證機(jī)器人可以以這樣的精度來執(zhí)行任務(wù),所以說我們并不是應(yīng)用的程序,而是能夠適應(yīng)很多種不同微型機(jī)器人的環(huán)境的精度,很多時(shí)候其實(shí)就像是這么小,像一個(gè)濃縮咖啡大小的機(jī)器人,所以這個(gè)是我們需要做的。
我們注重機(jī)器人的尺寸,以此來看相應(yīng)的納米或者生物材料以及相對(duì)應(yīng)的膜和其它部件的制作,很多時(shí)候可能會(huì)有一些生物工程甚至是細(xì)胞手術(shù),使用的是超微型手術(shù)刀,我們可以看到在這方面中國是有很大的潛力的,20年前首次到訪中國的時(shí)候,在高精度的微型機(jī)器人方面是沒有任何研究的,現(xiàn)在中國有超過50家非常有實(shí)力的實(shí)驗(yàn)室,正在這個(gè)領(lǐng)域致力于它的研究,我也很高興看到這樣的發(fā)展,通過這樣的研究其實(shí)對(duì)于社會(huì)是有很重要的貢獻(xiàn)的。
這是我們一個(gè)應(yīng)用場景,讓大家了解一下,我們是用納米級(jí)機(jī)器人來處理細(xì)胞內(nèi)部,這里會(huì)有很多不同的技術(shù)包括大量的應(yīng)用來制造一個(gè)納米集結(jié)非常復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng),可以使用FIB、AFM和其他的業(yè)務(wù),除了機(jī)器人技術(shù)之外,我們還會(huì)使用高精度的微型機(jī)器人以及在微型層面上會(huì)有實(shí)時(shí)的傳感,這個(gè)是跟自動(dòng)化不可或缺的,我們會(huì)使用這樣一個(gè)原子微波甚至是FIB的影像,比方說會(huì)使用電子數(shù)或者離子數(shù),這個(gè)時(shí)候也是可以獲取相應(yīng)的影像。
更重要的一點(diǎn)就是我們所有的這些技術(shù)都是在同一個(gè)位置,可能是在同一個(gè)真空室之內(nèi)這個(gè)也是高通量的高度自動(dòng)化的前提,除了這些不同的應(yīng)用之外,我們來看現(xiàn)在幾個(gè)項(xiàng)目。
一個(gè)是德國高精度微型機(jī)器人的縮寫,實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有25年的工作了,這是我們德國奧登堡的一個(gè)項(xiàng)目,我們首先要做的就是一些分類,這樣一個(gè)具有顛覆性的項(xiàng)目其實(shí)有很多的部分都在我準(zhǔn)備這個(gè)演講中,主要會(huì)有兩類的實(shí)際應(yīng)用。
第一類,會(huì)提供技術(shù)高精度的操作來完成更大的研究項(xiàng)目,這里可以直接轉(zhuǎn)讓高精度機(jī)器人的技術(shù)給到應(yīng)用,把這個(gè)叫做提供助力或者是賦能的技術(shù)。以此來賦能實(shí)際的應(yīng)用。
第二類,關(guān)于基礎(chǔ)研究的,執(zhí)行了大量的基礎(chǔ)科學(xué)的研究,只有你有相應(yīng)的高精度微型機(jī)器人的技術(shù)尤其是有相應(yīng)的定義,有一些生物和納米材料的技術(shù)的儲(chǔ)備,才能讓我們在此基礎(chǔ)之上從事基礎(chǔ)研究以及其特定的應(yīng)用。
給大家看一下這兩個(gè)項(xiàng)目類型的事例,首先在我們?nèi)粘.?dāng)中需要做很多的納米線的拾取和放置,這其實(shí)是個(gè)很簡單的應(yīng)用,揀起來放到另外一邊,就像是工廠里的機(jī)械臂一樣,但是區(qū)別是在納米級(jí)別,只有幾納米粗的這種線,所以大家可以有一個(gè)基本的感受,如果我們在處理納米級(jí)別的物體的時(shí)候,我們是需要做到很高的精度,而且我們要做到高通量的制造,而且是要有很好的可重復(fù)定位。
我們在德國業(yè)界也是要求我們提供這樣一個(gè)3D不同的納米結(jié)構(gòu)的整合,使用在不同的應(yīng)用中,我們也是做了這樣一個(gè)非常有趣的方法,首先來看高精度機(jī)器人會(huì)應(yīng)用在第一層的應(yīng)用上,最小的其實(shí)是200納米左右的硅原子,我們會(huì)使用高精度技術(shù)來整合結(jié)合下一層納米材料,通過這樣的方式一層層的組裝納米,最終會(huì)形成一個(gè)3D材料,就像幻燈片上演示的這樣。
項(xiàng)目的最后我們把這樣一些不同特質(zhì)的納米粒子,比方說硅、鉀都放到一起,會(huì)發(fā)現(xiàn)會(huì)有一個(gè)刻時(shí)的現(xiàn)象,各個(gè)層級(jí)納米粒子之間會(huì)有一個(gè)相互的,我們是3D的結(jié)構(gòu),換句話說每個(gè)分子在這個(gè)3D結(jié)構(gòu)上特定的位置其實(shí)都是可以安裝和移除的,這是我們特定技術(shù)的應(yīng)用,3D組裝。
另外一個(gè)技術(shù)其實(shí)是這樣一些家具,我們會(huì)使用高精度的納米機(jī)器人來做相應(yīng)技術(shù)的一個(gè)家裝,這是一個(gè)很重要的技術(shù),是含箔氣體的應(yīng)用,但是是很困難的,所以會(huì)有局部聚焦的方式來做相應(yīng)的工作,實(shí)際上是一種膠體探針,我們會(huì)使用高精度的方式來組裝不同層的工作。會(huì)使用這樣一個(gè)含箔氣體在掃描中完成組裝,這就是我們一個(gè)項(xiàng)目,我們很多的項(xiàng)目都是在類似的很前沿的應(yīng)用領(lǐng)域的。
另外一個(gè)很有趣的應(yīng)用就是另外一個(gè)領(lǐng)域,有一個(gè)很有趣的主題就是石墨稀膜的利用,我們從這里看一下視頻,首先來看石墨稀膜有什么樣的特性,左邊可以看到是石墨稀,它的膜的厚度大約只有2納米厚,是非常薄的。我們是通過這樣一個(gè)膜很緩慢的折射得到一個(gè)3D的圖形就可以了解這個(gè)物質(zhì)的特征,這是一個(gè)非常獨(dú)一無二的項(xiàng)目。
因?yàn)榧{米膜陣列會(huì)有自動(dòng)表位的特征,可以通過成像進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋,這也是一個(gè)非常重要的這是另外德國的公司做的項(xiàng)目。它是跟一個(gè)心臟疾病的中心合作,可植入的器械來衡量患者的血壓,我們是通過一個(gè)電子數(shù)內(nèi)置的方式來完成的,它是電徑內(nèi)一個(gè)納米顆粒隧道的電阻原理,通過壓電的方式,通過機(jī)動(dòng)器感受到熱差,以此來看患者的血壓。
正常情況下血管內(nèi)尺寸要求確實(shí)是納米級(jí)的,大家在這邊可以看到,大家如果想要的話其實(shí)這也是一種AI或者是適應(yīng)性的智能控制,我們當(dāng)時(shí)做法就是一個(gè)實(shí)時(shí)的方式,可以傳感中的數(shù)據(jù)基于模板利用大數(shù)據(jù)的方式來看它的一個(gè)匹配,會(huì)有一個(gè)實(shí)時(shí)漂移的補(bǔ)償,在體內(nèi)是一個(gè)全自動(dòng)的,考慮到熱流的流動(dòng),可能是在保證一直的穩(wěn)定性,以此可以提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的精度和準(zhǔn)確性。
基板上有36個(gè)NTI,機(jī)械和定期的方差只有不到10%這是非常有趣的應(yīng)用,第二類的項(xiàng)目應(yīng)用剛剛已經(jīng)說到了基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究,在這里會(huì)看到納米材料熱力學(xué)特征的研究和黏附特性,大家如果了解納米材料的話,其實(shí)有很多種不同的材料,其實(shí)很多都會(huì)有黏附的問題,或者說腐蝕的問題,這是我們需要解決的問題。
我們是需要在整個(gè)組裝過程中防止黏附對(duì)于器件性能造成影響,這方面目前沒有很精確的知識(shí),所以需要通過仿真來了解它做控制,這里通過微型高精度的機(jī)器人,通過探針來整理納米線,這有兩種不同的應(yīng)用,這里有兩種不同的納米工具來組裝納米線到表面,右邊可以看到如何通過手動(dòng)的運(yùn)壓的過程高精度的完成。
如果你是機(jī)械工程師更了解這點(diǎn),但是在納米的層面上是非常具有挑戰(zhàn)性的,我們要實(shí)時(shí)的監(jiān)控納米線的所在位置。這也是后面做的模具,我們還沒有發(fā)表,還在做第一個(gè)原型,這是在微米層面所生成的基本模型,是一個(gè)納米的彎折,主要的問題就是黏連,因?yàn)橛形⒂^的吸引力,所以會(huì)導(dǎo)致牽連變形,所以我們使用了納米的繞線技術(shù),讓它避免能夠因?yàn)轲みB的情況發(fā)生而使得技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)能夠發(fā)揮,這是使用納米技術(shù)制作的金屬部件。
這是幾年前我們所做的研究,如何處理液體金屬在納米的狀態(tài)做微觀的金屬液滴,SEM通過電磁進(jìn)行制造,它的應(yīng)用在這里學(xué)到的是如何控制納米的金屬尺寸和外形,并將它放到需要的位置,怎么應(yīng)用很多公司都需要他們在研究,要有一個(gè)納米的平板做出線路,所以需要納米的球在上面進(jìn)行點(diǎn)擊,因?yàn)樾枰曈X的反饋來定位。有三納米的直徑可以形成壓痕,從而形成視覺的標(biāo)志。
要是在納米層級(jí)能夠進(jìn)行設(shè)備的制造和應(yīng)用,我們要在納米平面對(duì)物料有能力進(jìn)行處理,這需要非常高精度的機(jī)器人,它對(duì)于工程的儀器至關(guān)重要,這樣才能夠滿足納米科技的商業(yè)化需求,HP機(jī)器人對(duì)于納米層級(jí)相關(guān)的工業(yè)是一種賦能科技,HP的機(jī)器人沖擊和影響相當(dāng)于納米科技的影響,這是我們現(xiàn)在已經(jīng)這個(gè)團(tuán)隊(duì)做出的一些貢獻(xiàn),我們非常自豪,從一個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)已經(jīng)在中國北京有三個(gè)企業(yè),上海也有合作的企業(yè),小型的機(jī)器人制造自動(dòng)化和操控方面有相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)推出到市場上,很快會(huì)在中國杭州浙江大學(xué),兩年后會(huì)開這個(gè)會(huì)議。
給大家看一個(gè)電影開幕式時(shí)候的一個(gè)小視頻,讓我們回顧為什么要建造機(jī)器人,我們是為了自動(dòng)化的制造納米級(jí)別的設(shè)備來為人類和社會(huì)造福,感謝諸位的聆聽。
(本文根據(jù)錄音整理)
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