读2025世界前沿技术发展报告11机器人技术(中)

1. 特种机器人

1.1. 随着先进传感器、运动控制技术、多模态感知融合技术、自主导航技术、智能决策与控制技术等关键技术不断取得突破，特种机器人性能持续提升，能够更好地适应复杂环境和任务需求，功能和应用范围快速扩展，展示出在陆海空天探索、搜索救援、智能服务、军事国防等领域应用的巨大潜力

2. 陆海空天探索及军事领域的特种机器人

2.1. 低成本海底巡逻机器人

• 2.1.1. 法国海洋开发研究院（French National Institute for Ocean Science and Technology）​、水下仿生推进器初创公司FinX、无人遥控潜水器开发服务商Forssea Robotics成立“Residence”项目组，重点开发中长期海底巡航机器人所需的技术模块，包括导航、定位、通信等

2.2. ST Engineering公司推出配备了空中无人机的轮式地面机器人

• 2.2.1. 一种新型轮式电动无人地面车Taurus

• 2.2.2. 可用于监视、伤员疏散、物流运输和物料搬运，全电模式续航里程约30千米

2.3. 新型无缆水下检测机器人，专为复杂水下地形条件设计

• 2.3.1. 专利的LUMA无线通信技术

• 2.3.2. LUMA技术可实现50米至100米距离的水下视频及数据的实时无线传输，该系统通过调制器将信号转换为蓝光脉冲，并通过探测器、解调器将接收到的光脉冲转换成目标信号，从而完成一个通信循环，极大地提高了水下设施检测或监控工作的效率

2.4. 多功能变形水下机器人

• 2.4.1. 浦项科技大学（Pohang University of Science and Technology）的研究人员开发出HERO-BLUE水下机器人

• 2.4.2. 尺寸为31.5英寸×23.6英寸×11.8英寸（约合80厘米×60厘米×30厘米）​，重24.9磅（约合11.29千克）​，具有4个多峰鳍和2个横向鳍（多模态仿生鳍片）​，可以在复杂的海底环境中游泳、行走和爬行

• 2.4.3. 在无法游泳的浅水区，HERO-BLUE基于蝾螈灵感的脊柱开始发挥作用，这种灵活的骨架使机器人能够向前蠕动

• 2.4.4. HERO-BLUE水下机器人为深海探索提供新的解决方案，对未来水下机器人在海洋环境监测等领域的应用提供了重要参考

2.5. 基于企鹅设计的仿生水下机器人

• 2.5.1. 水下机器人公司EvoLogics宣布推出新一代水下机器人Quadroin。该机器人基于企鹅形仿生设计，能有效减少水下运动的阻力，降低能耗，最高速度可达10节，最大下潜深度150米，续航能力达10小时

• 2.5.2. 搭载了侧扫声呐和两台不同角度的水下摄像机，并配有LED光源，可用于水下声学成像和智能视觉识别，并可实现自动避障功能

• 2.5.3. 可集成多种传感器套件，用于测量水下温度、压力、溶解氧、电导率等参数，最高配重3千克

2.6. 自主无人车队计划进入第二阶段

• 2.6.1. 引入了新的、体量更大的机器人车辆，显著提升了算法的适应性和能力

• 2.6.2. 第二阶段的目标是在多种规模和不同地形间展示RACER自主性系统的性能

• 2.6.3. 通过使用两种截然不同类型的车辆，RACER计划希望实现一种高度的自主性，即不管是什么类型的车辆，都能在非常复杂和难以预测的非公路环境中，自主地完成任务

2.7. 微型战术机器人

• 2.7.1. 微型战术地面机器人（Micro Tactical Ground Robot，MTGR）​

• 2.7.2. 尺寸为45.5厘米×36.8厘米×14.5厘米（长宽高）​，重量为7.3千克至8.6千克（搭载轮子）​，配有履带和机械臂，最大有效载荷10千克，可连续工作4小时（双电池组）​，并采用模块化设计（皮卡汀尼导轨）​，可按需搭载通信、光学以及其他设备

• 2.7.3. 在爆炸物处理、特种作战和战术机动等任务均表现出优异性能和良好适应性

2.8. 反无人机机器人，用于拦截自杀式攻击无人机

• 2.8.1. “瓦力”​（Wall-E）的新型反无人机机器人（反无人机系统）​

• 2.8.2. 俄罗斯首个搭载了“熏蒸器”​（Fumigator）电子战系统模块的履带式无人机/系统

• 2.8.3. 电子战模块系统创建了一个直径达250米至300米的圆顶式保护屏障/系统

2.9. 自主水下机器人

• 2.9.1. ECAUV 500

• 2.9.2. 专为执行一系列水下任务而设计，易于部署和回收，最大潜深1000米，能够以4节的速度连续运行20小时，可进行广泛的水下勘测、测绘和侦察任务

• 2.9.3. 拥有深海精确导航能力。同时，该机器人采用模块化设计，可按需搭载声呐系统、环境传感器等设备，提升特定任务执行能力

2.10. 可在极地收集数据的水下机器人

• 2.10.1. “冰节点”​（IceNode）的水下机器人

• 2.10.2. 一批自主水下机器人，通过各种传感器帮助研究人员准确计算出南极洲冰川融化速度

2.11. “机器人检修地球同步轨道卫星”项目进程

• 2.11.1. Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites，RSGS

• 2.11.2. 旨在开发能够为地球同步轨道的军用、公共和商业航天器提供检修、转移（转移到不同轨道）和升级服务的技术

2.12. 自主水下机器人综合体的设计方案

• 2.12.1. 自主水下机器人综合体“冰山计划”​（Project Iceberg）的设计方案

• 2.12.2. ​“冰山计划”最早于2017年由俄罗斯高级研究项目基金会（Russian Foundation for Advanced Research Projects，FAR）提出

• 2.12.3. 自主水下机器人综合体由深海地质钻井平台、海底能源综合体、一批水下无人机和海底运输船组成，水下无人机用于海洋地质勘探，自主式钻井平台能够在深达4500米的海域钻井并采集岩心样本，海底运输船用于在水中运输大型货物，包括核能系统、钻井系统以及其他大型构件

2.13. 卫星服务机器人套件开发，支持在轨卫星的维修和升级

• 2.13.1. 能够为在轨卫星提供服务的航天机器人套件，使得常规近距离检查、轨道调整、硬件升级和维修成为可能

• 2.13.2. 该项目是“机器人检修地球同步轨道卫星”项目的一部分

2.14. 寻找外星“海洋世界”的生命迹象的水下机器人

• 2.14.1. “独立微型游泳器传感”​（Sensing With Independent Micro-swimmers，SWIM）项目取得新进展，该实验室展示了SWIM项目的两个原型（自主水下机器人）​

2.15. “机器狼群”无人作战系统

• 2.15.1. 包含综合打击四足机器人、侦察探测四足机器人、运输保障四足机器人、操作处置四足机器人等

• 2.15.2. 可实现“人-车-狼”互联互通、信息共享和动态自主协同

• 2.15.3. 具备复杂环境下的侦、打、破、评、保一体化无人集群式综合作战能力

• 2.15.4. 可有效解决城市市区、高原山地等复杂环境下通信能力差、突击能力弱、通行水平低、跨层机动能力弱、单体作战效能低的难题，为特战分队和步兵分队提供集群式综合作战手段

3. 工业制造、公共服务等领域的特种机器人

3.1. Fincantieri采用焊接机器人技术

• 3.1.1. 配备了焊接喷枪，并具有视频系统，能够自主识别焊接接头，或者根据人类操作员的指示进行焊接

3.2. 自主移动机器人

• 3.2.1. 现代集团（Hyundai）旗下坦迪斯（Transys）公司开始在美国阿拉巴马州的汽车装配厂使用Thira Robotics公司的T300型自主移动机器人，以应对劳动力短缺问

3.3. 大阪大学开发出“龙形消防机器人”

• 3.3.1. 帮助人类消防员进入无法进入的区域扑灭火焰

• 3.3.2. 机器人长4米，由软管和8个喷嘴构成，龙的“眼睛”在软管前端，是一个热成像摄像机，用于确定火源具体位置，8个喷嘴以每秒6.6升的速度喷出水，压力高达1兆帕，借助水柱的推力遥控飞行，飞行高度为2米

3.4. 洋马公司推出可在多地形完成多种任务的电动农业机器人

• 3.4.1. 电动紧凑型农业机器人e-X1，旨在改善夜间作业、城郊耕作和温室作业的工作条件

3.5. 在高温高湿环境中工作的新型温室采摘机器人

• 3.5.1. 利用集成摄像头和计算机来监控和识别不同的植物，并利用其机械臂执行特定任务

3.6. 测试全球首个人工智能修路机器人

• 3.6.1. Robotiz3d公司将测试全球首个人工智能修路机器人

• 3.6.2. 集可识别、填平路面裂缝和坑洼等功能于一体，能够利用人工智能技术识别道路上的裂缝、坑洼，随后可以自动填充裂缝，并防止形成其他坑洞

3.7. 用于检查和修复天然气管道的模块化机器人

• 3.7.1. “快速封装管道，避免频繁更换”​（Rapid Encapsulation of Pipelines Avoiding Intensive Replacement，REPAIR）计划支持，开发出用于检查和修复天然气管道的模块化机器人

• 3.7.2. 专为直径12英寸（约合30厘米）的管道设计，机器人有三个轮子，包括下部的一对2英寸（约合5厘米）的轮子和顶部的一个轮子，使其能够高效运载60磅（约合27千克）重的载荷—三个轮子中间的一个模块化系统

3.8. 用于处理核废料的机器人系统

• 3.8.1. 具有类似人类的行动能力，并配备了灵巧的手指

• 3.8.2. 成功打开模拟核废料管，检查和分类其内容物并关闭容器

• 3.8.3. 系统仍处于原型阶段，长期目标是利用机器人和新兴数字技术帮助清理美国能源部应急管理办公室（DOE Office of Emergency Management）监管的休眠核设施中的核废料

3.9. 使用人工智能驱动的智能工厂机器人

• 3.9.1. 比亚乔（Piaggio）公司推出名为Kilo的智能工厂机器人

• 3.9.2. 由Piaggio公司位于美国的机器人移动部门Piaggio Fast Forward开发，由人工智能技术驱动，可跟随操作员移动、沿预设路径移动或自主移动，并能搬运重达130千克的货物

3.10. 施耐德电气推出具备数字孪生功能的新型协作机器人

• 3.10.1. Lexium系列机器人可通过一个处理器实现多达130个轴的高速运动和控制，这种机器人易于安装，并易于集成到多载体、Delta机器人等完整机器人系统中

• 3.10.2. Lexium机器人与EcoStruxure Machine Expert Twin兼容，后者是一款用于创建真实机器数字模型的软件套件，它允许虚拟测试策略和调试，以及缩短工厂验收测试时间

3.11. 在恶劣地形跑酷的四足机器人

• 3.11.1. 苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员成功提升了四足机器人ANYmal的越野能力，使其能够精通跑酷动作并在碎石等恶劣环境中行走

3.12. 部署“狩猎”机器人，旨在驱赶野生动物进入机场跑道

• 3.12.1. 阿拉斯加交通与公共设施部门（Alaska Department of Transportation and Public Facilities）在费尔班克斯机场（Fairbanks Airport）部署了名为“极光”​（Aurora）的四足机器人

• 3.12.2. 攀爬岩石、台阶，身体多处闪烁绿色灯光

• 3.12.3. 做类似捕食者的动作，从而防止鸟类和其他野生动物在飞机内场定居

• 3.12.4. 还可更换面板，使其伪装成土狼或狐狸

3.13. 无框轮式机器人，越野性能突出

• 3.13.1. 九州工业大学（Kyushu Institute of Technology）的研究人员开发出一种无框轮式机器人

• 3.13.2. 设计独特，运动方式模仿生物机械原理，整体为轮式结构，轮式外部由多个放射状排列的可弹性伸缩支臂组成，每个支臂末端都装有一个小轮

3.14. 全球首台耐低温自动加氢机器人系统

• 3.14.1. 加氢机器人系统采用加氢口自主识别、燃料自动加注、智能轨迹规划和浮动力感知等前沿技术，可利用3D视觉相机精准识别加氢口位置，通过力控软浮动技术，以“小步快调”的方式进行“枪—口”精准对接，无需人工干预

• 3.14.2. 对机车停车位置范围有较高的适应性，可有效保证加氢过程中的气密性，整个加注过程更加智慧化

• 3.14.3. 通过引入该型加氢机器人系统和大流量加氢机，巴图塔加氢站可在最低零下25摄氏度的条件下实现全天候连续工作和大流量自动加氢，加氢能力可达每天500千克，最快30分钟即可加满一台氢能动力机车

4. 前沿机器人技术的研究与突破

4.1. 开发出两种昆虫型微型机器人，是迄今最小、最轻、速度最快的全功能微型机器人

• 4.1.1. 华盛顿大学（Washington State University）的研究人员研发出两款全功能微型机器人

• 4.1.2. 一款模仿微小昆虫的机器人（MiniBug）仅重8毫克

• 4.1.3. 一款模拟迷你水黾（WaterStrider）​，体重为55毫克

• 4.1.4. 均能以每秒6毫米的速度行进

4.2. 开发出能够自主滚动、自旋和盘旋的新型软体机器人

• 4.2.1. 北卡罗来纳大学机械与航空航天工程学院的研究人员开发出一种名为“扭曲环形机器人”​（Twisted Ringbots）的新型软体机器人

• 4.2.2. 由丝带状液晶弹性体制成，形成一个类似手镯的环，可同时进行三种运动行为：如轮胎一般向前滚动、如唱片一样旋转、如月亮一般绕轨道运行

4.3. 开发出可自生长的“藤蔓”机器人

• 4.3.1. 可以像藤蔓一样生长，从而克服非结构化环境中的障碍

• 4.3.2. FiloBot可通过调整塑料的温度、方向和沉积速度来响应光源、重力和其他环境信号，从而控制其生长方向

4.4. 受海星启发，开发出能够高度稳定运动的三足滑行机器人

• 4.4.1. 密歇根大学（University of Michigan）的研究人员受海星等生物的启发，开发出一款三足滑行机器人SKOOTR

• 4.4.2. 采用径向对称构型，配备一个大球体和三个机械腿，通过将球形机器人的机动性与腿式机器人的稳定性和多功能性相结合，该机器人能够高度稳定滑行并轻松改变方向，不会反复翻倒

• 4.4.3. 还可进行跨越障碍物、爬楼梯等动作

4.5. 可改变物理形态的新型模块化机器人系统

• 4.5.1. 受自然界的自组织蜂拥行为和沙堆等颗粒材料的软适应性特性启发，开发出一种名为Granurobot的新型自组织模块化机器人系统

• 4.5.2. 可以改变其物理形态以最佳方式穿越不同的环境，具有高度适应性和变形能力

• 4.5.3. 由多个简单组件组成，通过组件进行局部的物理互动来联合、分离并产生不同的结构进行移动，旨在仅利用物理原理来调整其身体结构，而不依赖于任何数字计算

• 4.5.4. 为开发具有高度适应性和变形能力的机器人系统提供了新方向，有望推动机器人技术的发展

4.6. 设计出类似蜘蛛的机器人，展示出优异的探索地形能力

• 4.6.1. 斯坦福大学的研究人员开发出一种类似蜘蛛的机器人ReachBot

• 4.6.2. 受盲蜘蛛（Harvestmen）能够相对轻松地在各种地形的启发，设计了类似“三指抓手”作为机器人的脚部

• 4.6.3. 内置的处理器可评估并规划脚部的最佳放置位置

4.7. 受蜗牛启发开发出可以爬墙的新型机器人

• 4.7.1. 布里斯托大学的研究人员受蜗牛启发，开发出一种能够利用滑动吸力机构爬墙的新型机器人

• 4.7.2. 传统的吸附方式，如真空吸盘、磁力吸附等，虽然在一定程度上能够实现攀爬机器人的稳定附着，但它们往往面临着能耗高、对表面要求高、适应性差等问题

• 4.7.3. 滑动吸附机器人在多个领域展现出广阔的应用前景，如工业检测与维护、户外救援、军事侦察以及高层建筑清洁等，其独特的水增强软滑动吸力机制使得它能够轻松攀爬到难以到达的地方进行作业，极大提高了工作效率和安全性

4.8. 类似“变形金刚”的变形机器人

• 4.8.1. 北卡罗来纳大学的研究人员通过结合多级机构概念（hierarchical）和厚板折纸技术，提出了一种类似“变形金刚”的变体折纸超结构（变形机器人）​

• 4.8.2. 由36个空心塑料立方体组成，通过3D打印技术制造，并通过旋转铰链连接，通过较低自由度（不超过三个驱动器）​，即可变化出超过一千种形态各异的构型，且具有可重构、可重组、可再编程和可逆设计等优点

• 4.8.3. 既可以通过身体的形状变换实现前进后退、左右横行，还能快速从平面形态变换为更大的立方体形态，或从完全打开变为完全闭合状态，并且能够携带约自身重量3倍的负载

4.9. 受犀牛甲虫启发，开发出新型扑翼微型机器人

• 4.9.1. 洛桑联邦理工学院与韩国建国大学（Konkuk University）组成的研究团队受食草昆虫犀牛甲虫展开和收回翅膀的动作启发，开发了一种新型扑翼微型机器人

• 4.9.2. 犀牛甲虫的后翅类似于可折叠的折纸结构，后翅的展开和收回的机制是被动的，不依赖于肌肉运动

• 4.9.3. 在机器人腋窝处安装了弹性肌腱，通过激活拍打动作，机器人可以被动地展开翅膀起飞并保持稳定飞行，着陆后停止拍打，翅膀可以快速被动地缩回机体，无需任何额外的执行器

• 4.9.4. 收回后翅的机制使机器人在狭小空间的机动性得到提升

• 4.9.5. 该研究为微型机器人开发提供了一种新的可行策略，采用这种机制的微型机器人与昆虫的相似性更高，在狭小空间探索、伪装成间谍昆虫以及其他工程研究等方面具有应用潜力