人形机器人走出PPT,还要50年?

宇宙尽头是人形机器人?

上半年,吉利收购魅族,华为交付“问界”……我还在感慨,车企纷纷入局手机的野心时,又惊奇地发现,宇宙的尽头可能是人形机器人。科技巨头们已经忍不住发力,要抢先站在下个风口了:小米在新品发布会上,推出了首款全尺寸人形仿生机器人cyberone;甚至小鹏、蔚来一众车企也来凑热闹,积极进军机器人行业。早先,马斯克在特斯拉股东大会就放出话来,称特斯拉机器人彻底改变经济。姗姗来迟的“擎天柱”,也即将在9月30日揭开神秘面纱。人形机器人再次成为聚焦的中心,并不意外。在科幻电影作品中,机器人代表着未来的科技感,俨然是不可或缺的灵魂“人物”。虽然迄今为止,人们并未造出电影《终结者》里的T-800,但恐怖谷效应显然也没能阻挡人们的探索脚步。近期,在北京举办的2022世界机器人大会上,我们看到了重返舞台的“邓丽君”,有了人工智能、5G和新材料的加持,机器人在各个领域大展宏图,甚至摊煎饼、咽拭子采样等都不在话下。同时,资本市场也进一步赋予了机器人这张大饼无限活力。最近,国产协作机器人企业节卡完成了D轮融资交割,无独有偶,亚马逊宣称将以17亿美元的估值收购扫地机器人鼻祖iRobot。一时间风头无两,人形机器人真的要来了吗?是值得狂欢还是一时的自我陶醉?下文,我们将走近人形机器人行业,扒一扒人形机器人的过去历史与未来发展。

无线木偶到跑酷大佬

机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”,但人们对于它的研发、制造历史由来已久。机器人的设计雏形,可以追溯到1495年达芬奇的设计书稿,虽然并没有实物,但依旧向大众透露出最本质的设计愿景,要仿人,而且要灵活,能够坐直身子、挥动手臂以及移动头部和下巴。现代意义上对人形机器人的探索,开始于上个世纪。主要得益于,工业革命以后,制造工艺的不断提高,以及大规模生产需求反哺自动化技术的发展。

人形机器人走出PPT,还要50年?

说到人形机器人,肯定不能绕过两个明星产品。一是,2000年横空出世的ASIMO(阿西莫)。可惜的是,最近阿西莫也官宣退役,终究还是没看到商业化落地的那天;二是,三易其主的波士顿动力。下面,一起来看看波士顿动力的迭代背后的技术和诉求。2013年,初级版本的Atlas原型机诞生,这时候的机器人只是单纯模仿人的外形。实际上,不管是行走还是其它动作,都需要利用预装的程序进行控制操作,也就是说,这个时候它更多的是,模仿动作的”无线“木偶。只能机械地靠控制去执行任务,就像行走与环境中的毫无感情的机器,不能感知外界环境的变化,并与之产生互动。2016年,Atlas在平衡和越障能力上把各位前辈远远甩在身后,被期待代替人去完成各种危险任务。而去年的亮相中,以前走路磕磕绊绊的Atlas已经可以丝滑地完成跑酷任务。而且,这一代的Atlas,已经摆脱了傀儡的身份,并不需要事先人为编程完成整条路线,可以通过各种传感器感知作业环境,获取信息为自己导航,从而自主规划整个行动。

在我看来,升级版本的Atlas在跑酷过程玩的是自导自演。首先,利用头部的深度传感器,帮助它构建跑酷地图,摄像头则有助于获取更全面的环境信息,计算好每一步的落脚点,在跑酷中做到胸有成竹。另外,它的行为库中存储了一系列模板动作,但这次可以通过模型预测控制器,实时抽取,完成调整发力姿势,还能自动创建两个行为之间的过渡状态,使得一整套动作变得行云流水。人形机器人最大的瓶颈是自主行走的能力,想要做到动作灵活,如鱼得水,并不容易。这不仅涉及复杂的运动控制和智能识别系统,背后也需要算力提升,以及电池的支撑、电机的发展等。波士顿动力能够自由奔跑,有很大原因在于液压驱动控制,这样的技术路径,不同于本田Asimo使用的传统电控,能够实现仿人机器人运动的极致。事实上,除了这两种技术路径外,还有第三种路线的Cassie。采用细膝关节和踝关节、上半身较大,重心上移的方式可以减少能耗。虽然它也能实现野外散步,但对比Atlas,它实在看起来更像鸟,而不是人。人形机器人,等于人形的机器人吗,这是个问题。最近,波士顿动力又被卖了,七年间估值缩水三分之二,一心低头走路的Atlas命运坎坷,不断刷新我们的认知和想象,不知道下一次见面,它又会带着什么惊喜来到人们面前。那就蹲一波吧~

是千亿蓝海还是画饼的概念?

在我们的想象之中,人型机器人的形态,必然是有着与人类相仿的外观和行为,并能实现与人类的沟通交互。毫无疑问,才刚刚学会走路的人形机器人,还是个乳臭未干的孩童,远远没有满足我们的终极需求。经过30余年的发展,工业机器人产业已经逐渐形成了一条完整的产业链,而人形机器人显然还是一片待开垦的荒地。相比与熙熙攘攘的红海产业,人形机器人这片静海,看起来像是还没有蜂拥而至的蓝海。

为何这片已经研究了五十余年的产业,到现在人们还是进展龟速,只能靠跑酷过把瘾?我把它归结为三方面:一是画饼的成本太高,二是不知道画饼给谁吃,三是这饼吃着吃着可能会噎人。

·这大饼,有点贵

人形机器人的终端售价自然与成本息息相关,与工业机器人、服务机器人相比,它的机械复杂度更高,同时自主行走能力要求机身需要更高的灵活与自由度,这就导致在结构设计、硬件构成、控制算法、核心性能要求以及零部件选择上,要求更高。有数据表明,普通工业机器人的关节一般在2-10个之间,而人形机器人关节细分来看至少有上百个关节。而这些高要求自然要高成本才能满足。据悉,小米推出的CyberOne,研发涉及包含仿生感知认知技术、生机电融合技术、人工智能技术、大数据云计算技术、视觉导航技术等各领域的尖端技术,成本每台大概六七十万元。跟波士顿动力一样,小米的铁大成本造价高,仅停留在实验室阶段。而之前,马斯克透露要在今年的AI大会上,推出擎天柱,并且预计量产后,其成本比汽车还要低,售价约为2.5万美元。据马斯克透露,擎天柱高约172厘米、体重约56公斤,接近正常人类一般男性的身体指数。硬件上,解决了身体材料的轻量化问题,头部屏幕用来扫描外界信息,双手功能媲美人类水平。在软件方面,该机器人采用特斯拉Dojo(道场) 机器学习培训系统,借力特斯拉的自动驾驶软件系统(FSD)以及摄像头系统。但至于能否实现快速量产,显然还是个等待揭幕的罗生门。最后,咱们来算一笔账:特斯拉披露量产后的人形机器人售价,估算是18万。这笔费用均摊到每月,意味着可以找一个月薪1.5万的保姆,去解决家庭场景中的各种问题。不用担心沟通问题,够自主,也够智能,走路也够“丝滑”。再添上维修保养费用,没准儿保姆还能换成家庭教师。

·拿着锤子,再去找钉子?

明星机器人阿西莫,曾经在纽约证券交易所敲钟,也曾踏过电影首映式上红毯。指挥过底特律交响乐团,还曾去过核泄漏后的福岛现场。但显然,这些离普通人的生活场景都太远。对未来机器人的想象中,我们期待的是这样的角色:能任劳任怨,完全代替自己去做麻烦事,还能彼此陪伴。我想这也是人们孜孜不倦地研究人形机器人的动力所在。但在家庭场景中,扫地下厨这些琐事,工业机器人已然能够满足。日常刚需场景中,工业机器人显然技术和价格上都占据优势。如今超百亿的市场规模,也证明了前景渺茫的人形机器人现在想代替扫地机器人,好像显得有点笨拙和多余,这使得它的落地场景看起来更遥远了。看好的人认为,人形机器人最终会成为像手机一样普及的终端。全新的终端,不仅意味着新的商业入口的诞生,更意味着机器人充当的角色也更多元,除了干杂活,还能聊天,说不定更懂经营。持怀疑态度的人则担心,工业机器人已成规模,尚未成熟的人形机器人想要追赶,显然晚矣。在工作环境中,工业机器人已然一马当先,而类人的人形机器人想要在家庭环境中充当伙伴的角色,自主性与灵活度的门槛又太高。是要人形还是要智能?现在看来,两者还不能兼得。

因为落地商业化不足,人形机器人更适合ToB还是ToC的问题无法落实,找不到切入的刚需场景,难免陷入“拿着锤子找钉子”的怪圈,最后就是这饼也不知道该画给谁吃。

·有限自主,智能只是传说

在今年的机器人大会上,我们看到,在很多领域的工业机器人,操作技术的精准度和效率甚至都超越人类。而人形机器人,则更多被深寄自主交互的希望,希望它们有智慧,有能力自主决策,更有甚者能够自主学习。在各种情形下,人形机器人要能够感知外界的变化,形成自己的反馈与决定,这听起来是不是有点像自动驾驶技术?原因是,这些背后都需要人工智能技术支撑。但就目前来看,人机交互能达到的水平十分有限,机器视觉在面对真实复杂的场景下的应用仍然不足,气候环境的极大变化,就会让人形机器人手足无措,不知道怎么解决;同时,人形机器人需要双足支撑站立,且运动过程中对腿部扭矩要求较大,对减速器的刚性、驱动器的功率密度提出更高要求。这些实际应用场景中的技术问题仍未完全解决,所以现在的人形机器人也就是个半智能化的半成品,离实现人们的梦想的距离,可能还有50个波士顿动力的发展历史那么远。

人形机器人走出PPT,还要50年?

人形机器人,大号的智能玩具

如果说,人是一支有思想的芦苇,大脑和心脏以及躯干的自主跳动,是最基本的证明。所以一直以来,人形机器人的软硬件对运动的自主控制,是类人的关键,也是产业端的上游核心问题。在产业链上,它与工业机器人路径相似。

人形机器人走出PPT,还要50年?

上游是核心软硬件:三大核心硬件是减速器、控制系统和伺服系统。软件上主要包括:机器视觉、人机交互、机器学习、系统控制等。核心零部件方面,硬件上主要为电池、控制器、电机、减速器等,核心关节的电机系统设计、材料轻量化是主要的难点。本土的机器人厂商多数不具备核心技术环节,自主研发的伺服电机,精度低,位置镇定能力较差,只能够满足低端需求。目前市场格局上形成了“四大家族”:日本发那科安川电机、瑞士ABB以及德国库卡,依靠核心零部件的技术优势,全球市占率超 50%。我国的机器人产业发展仍面临着一系列“卡脖子”难题,国产工业机器人所用减速器、伺服电机进口比例控制器进口均在80%左右,无法像巨头一样,从核心零部件切入布局全产业链。

人形机器人走出PPT,还要50年?

中游是机器人本体机座和执行机构,包括手臂、腕部等,按照结构形式,本体可以划分为直角坐标、球坐标、圆柱坐标、关节坐标等类型。

国外人形机器人制造商有波士顿动力、美国敏捷机器人、日本本田、特斯拉等。国内主要制造商是优必选,北京钢铁科技等,埃斯顿则主要发力工业机器人。相比于入局较早的国外制造商,国产的本体设备的精度、灵活度、稳定性等方面,与国外仍存在显著差距。甚至在很多网友看来,优必选的人形机器人更像是大号的玩具,只是满足了人形的机器人。至于智能还是智障,可能要看机器人当时的心情了。下游商业应用未成熟:目前落地场景并不明确。不同于工业机器人的商业成熟化,人形机器人产业化只是初具规模,在技术层面和落地场景上仍待突破瓶颈,如今工业机器人覆盖汽车、电子、金属、塑料、食品、生化等各个领域,人形机器人的突围看起来还没有形成完整的战略。2020 年美国敏捷机器人公司成功推出第一款商业化出售的双足机器人Digit,主要用于物流、仓储、工业等多种应用场景,无需人为干涉,自行选定搬动箱子,但售价高达25万美元。国内厂商优必选旗下Walker,当前主要应用场景为B端的科技展馆、影视综艺、商演活动及政企展厅等,仍未进入大规模商业化落地阶段。在家庭服务场景中,高度模仿人的外形,寄希望于完成按摩、拧瓶盖、端茶倒水等家居任务。有很多网友质疑,其行走速度比起波士顿动力更像老人,灵活度也不够,归根结底就是不够智能。只能说人形有了,但想要拥有人形机器人的灵魂,优必选要走的路还很长。

擎天柱,机器人届的鲇鱼

世界的发展总是那么奇妙,不断在曲折迂回间,又螺旋上升。十几年前我们无法想象如今的生活,如今的我们也不敢想象人工智能还会怎样改变生活,就如同无法想象在未来机器人又会是怎样。天马行空的想象,也许在未来的某一天,终将会变成现实。机器人产业已经走过了那么多年,市场也在不断洗去泡沫,等待下个拉开大幕的周期。尤其是最近特斯拉若能如期推出Tesla Bot Optimus,我们有理由相信,Optimus也将成为人形机器人产业的一条鲇鱼,为我们拨开人形机器人的落地场景迷雾,同时进一步开拓它的发展边界,而这势必也会倒逼国产机器人产业升级智能化水平,不断突破精准和灵活度的限制,寻找更可靠的商业化落地场景,从而改变整个人形机器人的和市场格局和生态。

有人说“未来已来,将至未至”,我认为这恰如其分地说明了人形机器人的现状。东风已来,至于人形机器人能否走出PPT,就拭目以待吧。

参考资料

波士顿动力机器人如何“成精”?深扒跑酷王Atlas六年进化,智东西

机器人行业深度研究(一):寻找人形机器人产业投资机会,东方财富

自动化设备行业深度报告:人形机器人迎产业化机遇,东吴证券

内容作者:徐图之

来源:湃动商业评论

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