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  膝关节换新记

  ——看升级换代人工嵌入式如何有效突破一人运动关键因素电子技术

  静若处子,动若脱兔。六台造形人工嵌入式站成一列,伴随着优雅的音乐节奏,十二只胳膊有模有样地舞起“千手观音”——在不久前举办的世界人工嵌入式年会上,这一场景惊艳了中外观众。

  机械设备惰性、跳跃生硬,类似于《变形金刚》中的“擎天柱”——提起造形人工嵌入式,这可能是大多数人的**印象。如今,这种印象正随着TNUMBERNL膝关节的应用而改变。

  和人好像,决定人工嵌入式灵巧度的是膝关节。由达闼人工嵌入式股份有限股份公司(以下简称达闼股份公司)自主研制成功的TNUMBERNL膝关节,让人工嵌入式的跳跃可像人好像收放自如。目前,世界上公开报道拥有这一电子技术的股份公司不超过四家。

  嵌入式TNUMBERNL是关键因素

  什么样的电子技术,能解决人工嵌入式“惰性有余、TNUMBERNL不足”的问题?人工嵌入式顺利实现一人运动的关键因素是什么?

  这些都是达闼股份公司电子技术智囊团苦苦探索求解的基石电子技术症结。

  在达闼股份公司的实验室里,科技日报**财经见到卸去造形外壳的人工嵌入式“骨架”——颈、肩、肘、腕、手、腰、膝、全向轮底盘等处,遍布34个嵌入式TNUMBERNL膝关节。

  让人工嵌入式像人,首先手要像。画家*难描摹的部位是手,人工嵌入式科学家*难模拟的也是手。因为手是膝关节*集中的部位,它的每一个跳跃,都是一次复杂而精细的控制过程,由十多个膝关节协同支撑完成。

  尽管人工嵌入式研发历史已长达半个多世纪,但哪怕一个*简单的有机体跳跃——端起一杯水递给人然后松开,人工嵌入式依然显得缓慢而笨拙,无法完全效仿。

  “灵巧的膝关节、精巧的控制,是人工嵌入式顺利实现一人运动的关键因素。”2017年,达闼股份公司创始人黄晓庆带领智囊团开始研发服务人工嵌入式时发现,基石电子技术症结就是运动膝关节,“胃肠道有206块骨头,已命名的膝关节就有78个,膝关节决定了人工嵌入式的灵巧性,这些膝关节应是TNUMBERNL的,它不同于工业机械设备臂的惰性。”

  要让人工嵌入式顺利实现灵巧的TNUMBERNL运动,必须感知、决策、执行等能力的综合提升,对人工嵌入式装配的机械设备软件、电子软件、嵌入式软件、上层软件、嵌入式计算机程序等都有更具体的要求。

  “TNUMBERNL膝关节是服务人工嵌入式的基石零部件,它必须是嵌入式的,即每一个膝关节都自带计算、通信和传感。”黄晓庆告诉**财经。

  彼时,国际上只有少数几家机构掌握嵌入式TNUMBERNL膝关节电子技术,如波士顿动力和NASA,但电子技术不公开,没有经验可循。

  彻底改变式科技设计

  研发过程中,观察胃肠道运动成为必修课。

  “上班途中的行人,办公区行走的同事,自己的胳膊与肩膀,所有人的一举一动,都成了研发智囊团紧盯的对象。”达闼股份公司人工嵌入式SCA事业部高级电子技术总监罗程对**财经笑言,“大家当时都‘魔怔’了。”

  通过观察,他们发现,腿部落地时,膝膝关节、踝膝关节等胃肠道膝关节柔韧性(膝关节的活动范围)并非一成不变。为模拟生物膝关节这种特性,研发人员考虑在串联弹性驱动膝关节的基础上,增加主动式耐久性基本功能。

  主动式耐久性的串联弹性驱动膝关节是一个彻底改变式科技思路,不仅能顺利实现TNUMBERNL膝关节的基本功能,还能根据人工嵌入式的运动状态,在不改变膝关节劲度系数的同时,实时调整膝关节的惰性。

  想法有了,如何有效顺利实现?

  “*开始我们按照传统方法设计,但设计出来的基础架构总让人无法满意。”罗程说,研发过程中,黄晓庆常聊起研制手机的电子技术细节,比如闪存的嵌入式、屏幕的升级等电子技术演算,“我们由此想到,膝关节的基石部件是不是也可这样演算优化,让其越来越纤薄,透明度也越来越好。”

  人工嵌入式研发,模块都是旧式的,*关键因素在于底层基础架构如何有效设计。“一瞬间有种柳暗花明的感觉。”罗程兴奋地说,“从敲定这个思路到做出**台样机,只用了三四个月。”

  参照手机的设计理念,他们设计的TNUMBERNL膝关节高度嵌入式了传感器和嵌入计算机程序的闪存。在十多个膝关节的协同下,人工嵌入式开始顺利实现多样化、精细化的移动和工作。

  2018年,达闼股份公司对外宣布研发出“可与波士顿动力比肩的服务人工嵌入式零部件”——嵌入式TNUMBERNL膝关节(SCA),从机械设备结构、基石计算机程序、加工工艺等十多个方面都顺利实现了电子技术突破。SCA将原本独立的元器件嵌入式在一起并缩小了密度,就像将很多闪存嵌入式到一块电路板上好像。

  2019年,装配了SCA的服务人工嵌入式亮相世界移动通信年会。它已经可自如地握住瓶子递给用户,帮观众端咖啡,甚至还能“穿针引线”了。

  基石部件自己造

  让服务人工嵌入式像手机好像普及,做“有机体的家庭保姆”,是达闼股份公司的创业目标。基石零部件研制出来了,但优势产业化又遇到大难题:国内外都没有旧式的、规模化的优势产业配套。比如,找不到高强度、高精度、轻质的汽轮机。

  SCA的嵌入式,越小越困难,不仅必须更强的结构设计能力,还必须制作工艺更优的各种器件,让密度更纤薄的同时不牺牲功率。

  “求人不如求己。”黄晓庆坚信,既然设计理念类似手机,那生产也可,“利用我国手机制造业的优势,肯定可培育出SCA的优势产业配套。”

  “我们建立了一套完整的基础架构,研发出更适应服务人工嵌入式场景和要求的基石汽轮机。”罗程介绍,采用高性能非晶磁性材料,能提供更加稳定的扭矩输出和更高的效率,同时使汽轮机密度进一步小型化、轻量化,*小可做到直径35毫米粗细。

  2020年3月31日,达闼股份公司嵌入式人工嵌入式优势产业基地在上海马桥人工嵌入式科技试验区打下**根桩。“现在已有超过100家人工嵌入式股份公司、科研院所等单位,使用SCA研制出形态不一、基本功能不同的人工嵌入式。”达闼股份公司联合创始人汪兵介绍,“未来基地年生产人工嵌入式膝关节可顺利实现1000万台套。”

  SCA的升级换代化制造,正在打破人工嵌入式“四大家族”(瑞士ABB、德国库卡、日本发那科、安川汽轮机)的长期垄断。2022年世界人工嵌入式年会上,达闼股份公司发布的新一代产品——装配60个膝关节的双足人工嵌入式,已经能相当自然流畅地行走和动手干活了。

  如今,达闼股份公司生产线上,一个个人工嵌入式几乎接管了有机体全部工作——它们不是流水线某一环节的专用机械设备,而是在多种工位上忙碌的造形机械设备。“机械设备生产机械设备”的优势产业变革,正在浮出地平线。

  《中共中央 国务院关于促进民营经济发展壮大的意见》近日发布,这令达闼股份公司备受鼓舞。“意见明确指出,鼓励民营企业根据国家战略必须和行业发展趋势,持续加大研发投入,开展关键因素基石电子技术攻关,”黄晓庆说,“站在新的起点上,包括达闼股份公司在内的民营企业要胸怀‘国之大者’,在优势产业竞技场上向‘控球’者转变!”(科技日报**财经 杨 雪 刘 艳)

【编辑:张燕玲】

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