前兩個月登上Nature封面的利物浦大學機器人研究員，僅用八天時間就完成了人類需要數(shù)月才能完成的催化劑實驗，這讓我們似乎可以窺見未來實驗室的樣子——“無人、高效、智能”。此外，利物浦大學的研究人員還公開了實驗室站點的設(shè)計資料和機器人工作代碼，讓其他實驗室中“雇傭”機器人研究員成為了可能備注1。
在激動興奮之余，咱們來聊一聊實驗室里的那些有趣的機器人。
據(jù)天眼查專業(yè)版數(shù)據(jù)顯示，我國2020年1-8月新增“機器人”企業(yè)數(shù)量近四萬家，已接近2019年一整年的新增企業(yè)的數(shù)量。噴涌而來的新企業(yè)和新項目告訴我們一個事實，機器人被部署好指定工作后，其可靠度要遠高于人類。
機器人一般分為服務(wù)類機器人和工業(yè)機器人，服務(wù)類機器人多指用來服務(wù)人類生活需求的機器人，而工業(yè)機器人一般是用于生產(chǎn)需求的。本文中的機器人指工業(yè)機器人，雖然形態(tài)不同外貌各異，卻都是實現(xiàn)實驗室自動化的非常重要的工具。通常情況我們會用自由度/關(guān)節(jié)來對機器人進行標記，類同人類的手臂一樣，自由度/關(guān)節(jié)越多，靈活度越好。而在國內(nèi)實驗室中，我們也時常可以看到機器人的身影。
在科學儀器領(lǐng)域，也有多家企業(yè)推出了不同功能的機器人，本文將舉例介紹并進行簡要分析。
Tecan的全自動液體處理工作站備注2中使用的液體處理機械臂，是臨床中常見的三個自由度的機器人形式，其優(yōu)點就是高通量移液，一次處理很多樣本，甚至可以增加3個機械臂（機械抓手）來提升樣品處理速度，可以大幅提高工作效率和移液準確性。
移液機械臂 圖片來自：Tecan官網(wǎng)
Thermofisher的SCARA機械臂不同于上圖中的機械手只有3個維度的自由度，該SCARA機械臂有4個自由度備注3。值得一提的是該機械臂上配置了視覺部分，可以進行視覺示教，這對于實驗員的操作是非常友好的。
Spinnaker 圖片來自：Thermofisher官網(wǎng)
除了少數(shù)廠商開發(fā)自有的專用機械手外，更多的企業(yè)選擇使用市面上技術(shù)非常成熟的通用型機械手。像前文中提到的機器人研究員，是采用的7軸機器人，機器人的下方是可定位控制柜，該機器人有7個自由度，靈活性非常好，價格也較為昂貴。
島津前不久也推出了直讀/熒光儀自動化系統(tǒng)中使用了通用型機械手備注4。XYZ機械手有三個自由度，這對于實驗室中部分流程而言已足夠，且性價比較高，可以用于樣品在既定位置的搬運、移動等工作。六軸機械手擁有6個自由度，因此擁有很好的靈活度和速度，應(yīng)用范圍也更為廣泛，可以完成更為復(fù)雜的流程和工作，一般可達速度在2m/s。
六軸機械手 圖片來自：島津官網(wǎng)
XYZ機械手 圖片來自：島津官網(wǎng)
除了分析儀器企業(yè)，很多設(shè)備集成商也在積極布局實驗室機械手。例如去年艾法史密斯在海螺水泥集成的智能實驗室備注5，使用六軸機械手完成樣品的傳送過程，最終完成樣品的檢測。
海螺水泥智能水泥工廠 圖片來自：安徽新聞聯(lián)播
Instron的試驗機也使用了六軸機械手來組建全自動測試系統(tǒng)備注6。
Instron 的機械臂測試系統(tǒng) 圖片來自：Instron 官網(wǎng)
有些機器人已經(jīng)在不同的領(lǐng)域大放異彩，雖還為應(yīng)用于實驗室，但對于未來的智能實驗室擁有很大的應(yīng)用前景，下面我們來簡單舉例介紹。
ABB的雙臂機器人YuMi，是一款人機協(xié)作型機械臂，不同于普通的機器人，該機器人有14個自由度，在協(xié)作型機器人中速度很快，也非常靈活。這在未來實驗室中處理一些復(fù)雜的動作較有優(yōu)勢。
ABB的YuMi 圖片來自：ABB官網(wǎng)
并聯(lián)機器人，俗稱蜘蛛手，一般會用來分揀流水線上的產(chǎn)品，配合視覺系統(tǒng)后，蜘蛛手如虎添翼，分揀速度非?？?。這款機器人適用于未來第三方檢測機構(gòu)流水線式檢測的分揀中，可以大幅減少人工成本。
Fanuc的并聯(lián)機器人 圖片來自：Fanuc官網(wǎng)
大型物流倉庫中的滿地奔忙的幾百個AGV小車，也是當前機器人中炙手可熱的類型。類似的傳送式機器人已經(jīng)才部分的第三方檢測機構(gòu)中布局，從倉儲、耗材、樣品到檢測的流程可以全部由這類機器人來完成，準確性和效率都會有大幅提升。
京東物流倉庫 圖片來源：CGTN
此外，還有水下機器人、倒裝機器人、高/低溫機器人、食品用機器人等等用于各種行業(yè)的各種特殊需求。
中國制造被提出以后，從集成商到設(shè)備廠商乃至客戶，針對單體設(shè)備的自動化操作還是整套流程的自動化，都在圍繞提高效率、降低廉政風險來開發(fā)機械手替代的自動化方案，這是明智之舉，也是發(fā)展方向。
雖然經(jīng)常會聽到人類被機器人替代工作的消極聲音，但是在筆者看來，機器人代替人類工作不是為了讓人類下崗，而是將人類從枯燥的重復(fù)性工作中解脫，去實現(xiàn)更多創(chuàng)作性的工作。尤其是在這次新冠疫情期間，人類工作的局限性被凸顯，使用機器人代替人類在極端、危害環(huán)境中工作，這才是對人類可以的呵護。
但是實現(xiàn)智能制造，機器人只是其中的一個工具，等有時間咱們再來聊一聊實驗室中人工智能和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的那些事兒。
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