硬件和技术的发展正在推动机器人革命

机器人的世界正在发生变化，随着它们离开工厂的局限，进入工业和日常生活的更多方面，它们越来越具有协作性、移动性和智能化。这一趋势将产生深远的长期经济和社会后果。

这份名为《2018-2038年新型机器人和无人机:技术、预测、玩家》的报告预测，机器人和无人机市场将从2018年的660亿美元增长到2028年的2100多亿美元。有趣的是，这些新型机器人技术大部分将来自新型机器人和无人机。该报告预测，到2028年，这些新型机器人和无人机将占市场的46%，而现在几乎为零。

为什么会这样?答案在于，随着时间的推移，硬件和软件组件的进步变得越来越好，越来越便宜，曾经不切实际的机器人想法变成了真正的商业机会。报告书从晶体管、存储器、传感器、能量存储、电动机等5个方面分析了构成新型机器人的硬件的性价比。

新机器人的解剖图

下面的示意图展示了一个新机器人的硬件结构。这里，我们假设有一个移动机器人。它的智能单元由计算元件(如晶体管和存储器)以及传感器组成。它的移动功能包括电动机和能量存储。在更高的层面上，有一个支持基础设施，如互联网和云计算存储。在本文的其余部分中，我们将考虑所有这些硬件组件是如何随着时间的推移而发展的。这种性价比的大幅提高一直是我们这个时代的财富创造引擎，提高了全球生产率。

指数级的增长趋势正在推动机器人技术的变革

考虑图2中的图表。首先关注“计算”这一行。它显示了计算成本作为时间的函数，从1940年左右到现在，除以系列中初始点的成本。计量单位是一台每秒能计算16亿条指令的设备的成本。计算成本下降了12个数量级，同时性能也有所提高。这就导致了设备尺寸逐年缩小。这种指数级的增长使得新型机器人成为商业上的可能。

这里的成本单位是$/Mbit。硬盘驱动器、ram和固态存储器的成本也有所降低。事实上，这个行业的变化速度如此之快，以至于它已经成为所有希望研究颠覆现象的人的学术案例研究。其他成本迅速下降的技术包括微电子机械系统(MEMS)和其他传感器。随着向改进的机械控制和固态版本的过渡，激光雷达的价格也将开始下降。

传感(数据采集)和计算(数据处理)的成本在过去一年中大幅下降。这些设备的尺寸和功耗也大幅下降。所有这些指数级的趋势已经持续了几十年，今天把我们带到了一个转折点，突然之间，复杂的新型机器人(协作、移动和智能)变得具有商业可行性。

构成移动机器人移动单元的两个硬件组件有两个方面:能源存储和电动汽车。首先，考虑能源储存。在这里，生长速度受到化学物质的限制，并不是指数级的。但这并不是说它们是微不足道的。

从图2可以看出，从1991年到2011年，锂离子电池的能量包装能力分别增长了3倍和2.4倍(Wh/Kg和Wh/L)。这种改善一直在持续，而且由于对先进和后锂离子电池的进一步研究，这种改善只可能会加速。由于投资扩大生产以满足电动汽车行业不断增长的需求，这一增长将加速。再考虑一下电动机，移动机器人的无名英雄。

图2显示了1910年一台5马力(3.7千瓦)电动机质量随时间相对质量的下降情况。电动马达现在输出同样的功率，但体积和重量都小得多，而且效率更高，价格更低。这些趋势解释了为什么电动移动机器人和无人机的商业化是可能的。

Khasha Ghaffarzadeh博士，研究主任，IDTechEx．由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

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