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第184章 课 柔性革命:食品行业自动化的跨学科破局课(1 / 2)

(课堂实录·融合《易经》变易思维、心理学创新法则与系统哲学)

当食品行业被“用工荒”逼入绝境,寒冷的生产线、繁重枯燥的劳动让工人望而却步,自动化成为唯一出路。但传统机器手“钢筋铁骨”,面对柔软易碎的鸡翅、果蔬等食品束手无策——抓重了会坏,抓轻了会漏。美国SoftRobotics公司从章鱼抓取行为中汲取灵感,研发出柔性机器手,不仅实现1毫米级精准分拣,更通过3d视觉升级、卫生标准突破与跨界技术整合,为泰森食品等巨头打造了全流程自动化解决方案。这堂由和蔼教授主导,叶寒、秦易等学生参与的思维课,将以柔性机器手的产业化故事为载体,拆解《易经》“顺势而为”的创新逻辑、心理学“逆向思维”的突破法则与哲学“系统整合”的落地智慧,带你看懂技术如何跨越“实验室到生产线”的鸿沟,揭秘食品行业自动化的底层密码。

课堂场景:大学阶梯教室

(投影屏幕上播放着柔性机器手抓取鸡翅的动态视频,和蔼教授穿着深蓝色衬衫,手持激光笔站在讲台中央,台下叶寒、秦易、许黑、蒋尘、周游、吴劫等学生正专注记录,桌上摆放着食品行业自动化相关的资料打印件)

第一幕:行业痛点——自动化的“刚性困境”

和蔼教授(暂停视频,微笑开口):同学们,先看一组数据——美国食品行业缺口超50万个岗位,泰森食品这样的巨头每年要花费数百万美元招聘一线工人,却依然招不到人。大家觉得,核心问题出在哪?

许黑(率先举手,语气干脆):肯定是工作太苦了!教授您之前提到过,生产线又冷又枯燥,就算改善福利,也改变不了穿保暖服上班的事实,年轻人都不愿意干。

蒋尘(补充道):而且食品行业的特殊性在于,产品都是软的、易损的。传统机器手都是为金属零件设计的,力道控制不好就会把鸡翅、水果抓坏,根本没法用。这就是“刚性技术”遇上“柔性需求”,完全不匹配。

和蔼教授(点头赞许):说得很到位!这就是食品行业自动化的核心矛盾——技术供给与行业需求的错位。从哲学角度看,这是“共性技术”与“个性需求”的冲突,传统自动化技术是为工业通用场景设计的,无法适配食品行业的特殊要求。叶寒同学,你研究心理学,从人的行为角度分析,为什么工人宁愿失业也不愿从事这类工作?

叶寒(推了推眼镜):这涉及到心理学中的“趋利避害”本能和“自我价值感”需求。繁重枯燥的劳动属于“高付出低回报”的体验,寒冷的工作环境更是超出了生理舒适区;同时,重复的分拣工作无法带来成就感,违背了人对“自我实现”的追求。所以即使有工资,也难以吸引工人长期留存。

和蔼教授(展示传统机器手抓取食品的失败案例视频):大家看,传统机器手抓取鸡翅时,要么力度过大捏碎,要么角度偏差漏抓,合格率不足30%。这就像《易经》“睽卦”所描述的“天地睽而其事同也,男女睽而其志通也”——看似都在“抓取”,但技术逻辑与行业需求背道而驰,自然无法成事。那么,有没有一种技术能打破这种“刚性困境”?答案就是我们今天的主角——柔性机器手。

第二幕:技术破局——从生物灵感看“变易思维”

和蔼教授(切换到章鱼抓取物体的视频):大家观察章鱼的触手,它没有坚硬的骨骼,却能轻松抓取不同形状、软硬的物体。SoftRobotics公司的创始人carlVae,正是从这种生物行为中获得了灵感。秦易同学,你研究《易经》,从“变易”思维角度,这种创新思路体现了什么智慧?

秦易(沉思片刻):《易经》有云:“穷则变,变则通,通则久。”传统机器手的研发思路局限于“机械结构优化”,属于“路径依赖”的僵化思维,这就是“穷”;而研发团队跳出机械领域,从材料科学和生物学寻找答案,正是“变”的体现。章鱼的触手通过肌肉收缩控制力度,这种“以柔克刚”的特性,与《易经》“坤卦”的“厚德载物”异曲同工——柔性并非软弱,而是适应变化的强大能力。

和蔼教授(竖起大拇指):精准!柔性机器手的核心突破,在于末端的软体材料——通过充气调节气压,实现“硬软自如”的力度控制。当气压升高时,材料变硬产生抓取力;气压降低时,材料变软贴合物体表面,既能抓牢又不会损伤。这种设计完美解决了食品“软、脆、不规则”的痛点,抓取合格率提升到99.5%,精准度控制在1毫米以内。

周游(好奇地问):教授,为什么之前的工程师没想到这种思路?难道材料技术以前达不到吗?

和蔼教授(笑着解释):这涉及到心理学中的“认知固化”陷阱。传统机器人工程师长期聚焦于机械、传感器等硬件升级,形成了“硬结构才能产生力量”的固有认知,无法跳出思维框架。而哈佛大学的whitesides教授团队,打破了这种认知边界,将生物学原理与材料科学结合——这就是哲学中的“跨界融合”思维,当不同领域的知识碰撞时,往往能产生颠覆性创新。

和蔼教授(展示柔性机器手的结构拆解图):大家看,这只机器手的机械臂部分与传统产品差异不大,但末端的蓝色抓手采用了特殊的弹性材料,内部布满微型气道。通过精准控制气道气压,它能模拟人手的抓取动作,无论是鸡翅、草莓还是不规则的糕点,都能轻松应对。这告诉我们:解决复杂问题,往往不需要颠覆式的创造,而是要打破认知局限,从更广阔的维度寻找答案。

第三幕:落地关键——技术升级与系统整合的哲学

和蔼教授:但同学们要记住,一项技术能“做到”和能“落地”,是两回事。SoftRobotics公司花了整整5年时间,才让柔性机器手在泰森食品的生产线上稳定运行。这期间,他们解决了三个核心问题,这也是今天的重点——技术落地需要“内外兼修”,更需要“系统思维”。

和蔼教授(切换到3d视觉识别系统的演示图):第一个问题是“识货”——如何让机器手精准识别不同形状、大小的食品。早期的柔性机器手只能抓取预设形状的物体,遇到未见过的食品就会“失灵”。后来研发团队叠加了3d视觉技术和AI学习系统,操作员只需做一次标记,机器手就能记忆特征,实现精准辨认。吴劫同学,从哲学角度看,这体现了什么原理?

吴劫(迅速回答):这是“实践与认知的辩证统一”!机器手的AI学习系统,本质上是通过“实践(抓取尝试)—认知(记忆特征)—再实践(精准抓取)”的循环,不断完善对食品的认知。同时,3d视觉技术为“认知”提供了更全面的信息,避免了“盲人摸象”式的片面性,这就是“全面看问题”的哲学思维。

和蔼教授(赞许地点头):说得很好!第二个问题是“卫生达标”——食品行业必须符合FdA等监管机构的要求,机器手需要承受高温消毒和高压水枪清洗。这就要求软体材料既要密封防水,又要耐高温不变形。研发团队经过上百次实验,最终找到了一种特殊的硅胶材料,既能满足卫生标准,又不影响气压调节的灵活性。叶寒同学,这从心理学角度看,体现了什么?

叶寒:这是“目标导向”的极致体现!团队明确了“卫生达标”这个核心目标,所有的技术研发都围绕这个目标展开,没有被“材料性能冲突”等困难吓倒。同时,这也是“韧性思维”的表现——面对多次实验失败,不放弃而是持续优化,最终找到解决方案。

和蔼教授:第三个问题是“系统整合”——一只柔性机器手无法完成全流程操作,必须与机械臂、托盘包装系统等配合,才能形成完整的自动化解决方案。SoftRobotics公司没有单打独斗,而是与发那科的机械臂、quest的产品处理系统合作,打造了“一站式服务”。大家觉得,这体现了什么智慧?

蒋尘(立刻回答):这是“共赢思维”!每个企业都有自己的核心优势,柔性机器手擅长抓取,机械臂擅长移动,包装系统擅长打包,整合起来就能形成1+1+2的效果。对泰森食品来说,不用分别采购不同设备再自行调试,降低了使用门槛;对合作企业来说,扩大了市场份额,实现了三赢。

秦易(补充道):这也符合《易经》“同人卦”的思想——“同人于野,利涉大川”。意思是与众人同心协力,就能克服艰难险阻。单一技术的力量是有限的,但形成系统后,就能发挥出指数级的效果。这就是“系统论”的哲学核心:整体大于部分之和。

和蔼教授(展示泰森生产线的前后对比数据):大家看,合作后的自动化生产线,从原来的每周5天、每天8小时,变成了每周7天、每天24小时连续运行,分拣效率提升了3倍,人工成本降低了40%。而SoftRobotics公司的销量,也从2021年前的个位数,增长到现在的数百个系统,累计运行数十亿次拣选。这就是系统整合的强大力量——它让技术真正落地,创造了商业价值。

第四幕:行业变革——自动化的现在与未来

和蔼教授:柔性机器手的成功,不仅解决了食品行业的“用工荒”,更揭示了自动化产业的发展趋势。大家可以参考美国第二大鸡肉生产商pilgrispride的案例,他们投入1亿美元自动化设备,替代了5600个繁重岗位,相当于每1.8万美元就能替代一个人工。这意味着,未来那些环境恶劣、内容枯燥的重复性工作,都将被自动化设备取代。