◇李芸(语言研究所)
仿生制造是通过模仿生物的组织结构、功能原理或运行模式制造人工产品的技术。它将仿生学的研究成果与制造领域的先进技术有机结合起来,通过模拟生物体的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能,制造具有自我调节、自主运动、智能化、高效率等特征的新材料、新设备。
当前仿生制造主要从三大核心技术方向推进,产业化程度各不相同。
第一,结构材料仿生,已实现广泛产业化落地。这项技术借鉴动植物长期演化形成的轻量化、高强度、耐损耗的优良结构形态,优化工业产品结构与材质,提升设备综合性能。比如,借鉴骨骼、蜂窝等结构重量轻、承重强、不易变形的特点,通过使用3D打印复刻这种结构来制作零部件,可在保证强度的基础上,减轻航空、汽车、船舶设备自重,实现轻量化增效。又如,荷叶表面自带疏水不沾水、鲨鱼皮表面自带微纹理减阻的天然特性,基于这一机理研制的功能性涂层,可使风电、船舶设备具备防水防冰、低阻节能的性能,有效降低运行能耗与设备损耗。
第二,运动行为仿生,已实现一定规模商用。这项技术借鉴动物适应复杂高危环境的运动机理,研发特种作业装备,替代人工开展高难度、高风险作业。四足动物擅长在复杂地形行走、攀爬、越障,复刻该机理研发的仿生巡检机器人,可在矿山、电站等高危场景自主完成巡检任务。鱼类依靠身体和尾鳍柔性摆动,可在暗流、狭窄水域灵活游动,据此研制的水下仿生设备,可适应复杂的水下环境,高效开展洪涝搜救、水下探测作业。
第三,感知调控仿生,已初步商用,高端产品持续迭代优化。这项技术模仿生物感官与神经调控机制,赋予设备环境感知、自主判断、智能适配的能力。民用场景落地较快,搭载触觉传感的仿生机械手可模拟人手触感、自主调节抓取力度,逐步落地于智能工厂、食品分拣场景。高端领域的仿生神经康复设备持续迭代突破,模仿人体神经信号传递机制,捕捉人体动作意念信号,辅助行动障碍人群完成抓握、抬臂等康复动作,填补了国内高端智能康复设备的技术空白。
仿生制造前景广阔,已被纳入国家未来产业重点培育方向,相关政策与标准体系持续完善。2021年,国家多部门联合印发医疗装备、机器人产业“十四五”规划,明确仿生前沿技术的攻关方向;2024年多部门出台未来产业发展意见,重点聚焦人形机器人等仿生核心产品,强化关键技术突破。标准化方面,2022年全国仿生学标准化技术委员会成立,2024年启动相关国家级仿生制造标准编制,补齐行业基础规范。后续可依托智能仿真设计、新型材料研发与中试平台建设,破解生产成本高、量产一致性不足等产业化难题,加速仿生制造技术落地普及,助力我国先进制造业迭代升级。