人形機器人，正在硬科技圈里掀起一陣新熱潮。

　　幾天之后，特斯拉的首款人形機器人，代號 Tesla Bot(特斯拉機器人)或 Optimus(擎天柱)，將在特斯拉人工智能日上亮相。特斯拉 CEO 埃隆·馬斯克在科技圈幾乎有“點石成金”的魔力，從智能電動車到 SpaceX 和星鏈無一例外。

　　人形機器人能否接棒成為下一個產(chǎn)業(yè)風口?引起了國內(nèi)智能產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注和討論。

　　人形機器人也稱仿人機器人，顧名思義，是指具有類人的外觀、感知、決策、行為和交互能力的機器人。就像《星際穿越》中的機器人塔斯，能聊天講笑話、能跑能救人，代表了人們腦海中機器人的理想形態(tài)。這是一個相當高技術(shù)、高投入的綜合性領域，從日本阿西莫到波士頓動力阿特拉斯，每一個機器人都成本高昂，與商用化落地有一定距離。特斯拉、戴森等科技巨頭的入局，無疑為產(chǎn)業(yè)帶來了新轉(zhuǎn)機。

　　當下，人形機器人發(fā)展情況如何?又會因科技巨頭的入局產(chǎn)生什么新變化?相比于國際水平，國產(chǎn)人形機器人又處于什么段位?近期，我們聯(lián)系到優(yōu)必選科技人形機器人創(chuàng)新中心負責人付春江，與他就這些問題進行了深入探討。

　　創(chuàng)立于 2012 年的優(yōu)必選科技研發(fā)人形機器人已超十年之久，是國內(nèi)首家實現(xiàn)人形機器人商業(yè)化落地的企業(yè)。付春江是人形機器人產(chǎn)業(yè) 10 年老兵，曾就職于本田公司阿西莫(ASIMO)團隊，那里誕生過全球首臺獨立行走和獨立奔跑的雙足機器人。

　　從特斯拉的人形機器人版圖聊起，付春江為我們帶來了關(guān)于人形機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的更多真相。

　　一、特斯拉做人形機器人，就像 IBM 將商用電腦 PC 化

　　在去年 8 月的特斯拉人工智能日上，一個身著白衣、頭戴黑面紗的真人扮演的機器人登場，用一段滑稽舞蹈，向全世界宣布了特斯拉要“造人”的消息。一年后，在 10 月 1 日的新一屆特斯拉 AI 日，這個特斯拉機器人就要正式亮相。

　　根據(jù)預告，特斯拉機器人的身材苗條，身高約 172cm，重量僅 56.6kg，皮膚比人還光滑。按照馬斯克的暢想，其人形機器人早期定位代替人們從事枯燥、危險性的工作，未來則進入千家萬戶，做飯、修剪草坪、照顧老人。

　　在今年 4 月一次采訪中，馬斯克直接透露，特斯拉機器人預計售價 2.5 萬美元(約合人民幣 17 萬元左右)，可能比特斯拉汽車便宜得多。

　　“馬斯克做的事情大都很宏大長遠，并且在科技難度、維度上是有上升的，也往往是一個國家科技部、產(chǎn)業(yè)部布局的方向。發(fā)達國家缺乏勞動力，馬斯克是對發(fā)展中國家這種豐富勞動力的一種對標。”付春江告訴智東西，“類似于 1981 年 IBM 推出世界上第一臺個人電腦，將電腦從政府軍工市場推向消費市場，特斯拉入局人形機器人，有望把人形機器人‘PC 化’。”

　　作為機器人皇冠上的明珠，人們長期以來期待人形機器人達到更高的智能水平。為了滿足需要，人形機器人第一是不需要重新適應人所在的環(huán)境，第二是可以使用人所用的工具，第三是與人進行情感交互。顯然，特斯拉的入局讓產(chǎn)業(yè)看到機器人形態(tài)逼近這一目標的更大可能。

　　根據(jù)特斯拉的預告，特斯拉機器人內(nèi)部搭載 40 個電機，雙腿內(nèi)含力量感應裝置，移動速度可達 8 公里/小時，可負重 20 公斤的物品。

　　視覺和大腦是人形機器人的關(guān)鍵系統(tǒng)。按照預告，特斯拉機器人將基于特斯拉的 FSD(完全自動駕駛)的計算機模組和方案，面部采用了八個 Autopilot 的攝像頭，最遠監(jiān)測距離可達 250 米;“大腦”運用了特斯拉的超級計算機系統(tǒng) Dojo，通過 AI 大數(shù)據(jù)進行神經(jīng)網(wǎng)絡訓練，其核心是算力極強、帶寬超高的“D1”芯片，25 個芯片組成一個訓練單元，算力可達 9 千萬億次。

　　付春江對此表示期待，他認為，特斯拉有望相較同代產(chǎn)品實現(xiàn)較大改進。

　　特拉斯造人形機器人或許要追溯到四年前，彼時，馬斯克談及了其工廠“過于依賴機器人”。比如，2018 年時絨毛機器人造成了 Model 3 量產(chǎn)速度放緩，這是因為絨毛機器人主要負責將絨毛材質(zhì)的玻璃纖維墊放到 Model 3 電池組頂部，但機器人并不擅長拾取絨毛，造成產(chǎn)品線常常失靈。

　　卡內(nèi)基梅隆大學機械工程教授 Aaron Johnson 說，絨毛機器人是“一個有趣的例子”，它充分說明了一點，即自主性很難推廣，看似簡單的處理柔軟的絨毛材料的任務會遇到巨大的問題，因為它不像剛性部件那樣可預測。

　　迄今為止，特斯拉已經(jīng)雇傭了數(shù)百個專門為生產(chǎn)汽車而設計的機器人，但有不少任務機器人表現(xiàn)遠不如人類。特斯拉機器人如果能解決這些機器人工作的難題，有望促進人形機器人的產(chǎn)業(yè)化落地向前進一大步。

　　根據(jù)公開信息可知，目前，特斯拉正在瘋狂招聘人形機器人的工作人員，發(fā)布了大約 20 個職位，包括設計“驅(qū)動器”等機器人關(guān)鍵部件的工作。

　　其中一份招聘啟事稱：“你編寫的高質(zhì)量代碼將在全球數(shù)百萬人形機器人上長期運行。”此事透露出來馬斯克將要部署數(shù)百萬臺的人形機器人，足以看出其對人形機器人領域的野心和他強大的行動力。

　　這也解釋了為什么，特斯拉被期待像 IBM 將商用電腦 PC 化一樣，促進人形機器人走向廣大消費者。

　　二、價格低于一輛汽車，背后是三大技術(shù)流派融合

　　售價 2.5 萬美元，約合人民幣 17 萬元左右，特斯拉機器人的預告定價幾乎低于一輛車的水平。有傳言稱，這一價格最早在 2023 年投入生產(chǎn)就能實現(xiàn)。

　　對此，付春江判斷在 2025~2030 年之間，達成這個價格的可能性還比較小。

　　人形機器人是一個高技術(shù)、綜合性工程，對比市面上熱門的四足機器人來看——人形機器人基本上有四十個以上的關(guān)節(jié)，四足機器人可能只有八個關(guān)節(jié);人形機器人到現(xiàn)在為止還沒有全面開源，四足機器人有相關(guān)的開源。市面上做四足機器人的企業(yè)已經(jīng)很多，但產(chǎn)品化的人形機器人目前仍是少數(shù)玩家的游戲。可以看到，人形機器人的難度遠大于四足機器人。

　　日本本田公司的阿西莫人形機器人曾是該公司的形象代言人，但在經(jīng)過 20 多年的發(fā)展后，仍未商業(yè)化。通用汽車和美國宇航局攜手開發(fā)的用于太空探索的人形機器人 R2，也已停止研發(fā)。像 Rethink Robotics 這樣的幾家機器人初創(chuàng)公司也因為未能將產(chǎn)品商業(yè)化而倒閉。

　　人形機器人研發(fā)需要學習人體結(jié)構(gòu)，主要涉及人體骨骼系統(tǒng)、人體肌肉系統(tǒng)、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)三個層次。付春江說，目前，機器人大多停留在對人體骨骼系統(tǒng)的簡單模仿上;人體肌肉系統(tǒng)涉及驅(qū)動，當下主要用舵機，未來可能會用柔性仿人肌肉的方式;在控制領域，人形機器人對大腦和神經(jīng)系統(tǒng)有很多借鑒，但目前仍是一個黑箱。

　　回顧人形機器人發(fā)展歷程，最早可以追溯到 1967 年。彼時，日本早稻田大學加藤一郎教授發(fā)布雙足機器人 WL-1;1992 年，本田公司推出仿人機器人 P2 則開啟系統(tǒng)高度集成人形機器人的新時代，其在 2000 年又推出能上下樓和跳舞的阿西莫(ASIMO)機器人，代表了當時最高水平。進入 2011 年，新一代阿西莫的奔跑速度可達 9km/h，而僅僅 2 年后的 2013 年，波士頓動力發(fā)布 Atlas 則開啟了一個新時代。其采用液壓控制，將高動態(tài)運動推向極致，單腳站立、碎石行走都不成問題。2020 年至今更是不斷推出三級跳、前滾翻、倒立等高難度動作。

　　技術(shù)的發(fā)展往往有一個從特殊到一般的過程，人形機器人的發(fā)展也不例外。付春江談道，從軟件算法來看，人形機器人玩家可粗略分為以下三大技術(shù)流派：

　　1、控制主導。典型代表是最早做出自制型人形機器人的本田公司，主要基于簡化解析模型控制方法，快速分解各種動作及動作組合，支持人形機器人運動。在算力受限時代，這一方法能快速實時地處理任務。

　　2、優(yōu)化主導。典型代表是波士頓動力公司，它沒有找到可以解析化的分解模型，而是找到了可分解的運動控制規(guī)律經(jīng)驗。但這種方法難以量化與動作組合，因此波士頓動力在推出第一款人形機器人之后沉寂多年，直到后來采取直接優(yōu)化的方法才重回巔峰。

　　3、硬件剛?cè)峄旌吓浜蠈W習算法。典型代表是美國敏捷動力公司，它沒有采取控制主導與優(yōu)化主導路徑，而是嘗試新的硬件控制程式，通過串并聯(lián)、硬柔軟這種混合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)控制。

　　付春江告訴我們，現(xiàn)在人形機器人技術(shù)流派正走向融合，這也是特斯拉入局人形機器人的背后技術(shù)驅(qū)動力。

　　根據(jù)業(yè)界推測，特斯拉推出的人形機器人或許會用一套神經(jīng)網(wǎng)絡搭建一個統(tǒng)一架構(gòu)，一統(tǒng)視覺感知、認知乃至運動控制系統(tǒng)，并依托大算力及智能電動車中積累的視覺感知能力。其控制框架可能很多都上位基于模型預測控制，下位直接基于全身力控，然后再利用學習或者仿真解決一下場景化的問題，從而取得比較好的結(jié)果。

　　也就是說，特斯拉將可能推出一款將過往幾十年研究成果集大成的跨代產(chǎn)品。

　　亞利桑那州立大學人類系統(tǒng)工程學教授 Nancy Cooke 認為，要想成功，特斯拉需要讓機器人完成多種無腳本的動作。在沒有明確指示的情況下，人形機器人很難在現(xiàn)實中自由走動。但特斯拉可以利用其在人工智能和關(guān)鍵芯片方面的專長，大規(guī)模開發(fā)和生產(chǎn)成本更低的智能人形機器人，促進人形機器人的商品化。

　　付春江也有類似的期待，特斯拉開發(fā)自動駕駛所積累的神經(jīng)網(wǎng)絡經(jīng)驗及架構(gòu)、AI 算法、數(shù)據(jù)，可以遷移到人形機器人上。“與機器人相比，自動駕駛處理的任務對實時性要求更高，速度放到人形機器人上有性能冗余;但機器人與人體、與環(huán)境的交互大不相同，在處理觸碰問題時如何將過去的架構(gòu)做調(diào)整，這是令人好奇的。”

　　“特斯拉有能力在短時間內(nèi)建一個大規(guī)模的開發(fā)團隊，在動作多樣性上加大開發(fā)，在算力上加大投入。同時，特斯拉在開發(fā)自動駕駛汽車時開發(fā)了各種芯片、算法平臺化能力，并打造了一體化的生產(chǎn)制造方式，都可以應用于人形機器人;人形機器人在舵機、速器、電池熱管理等方面與自動駕駛共用產(chǎn)業(yè)鏈，特斯拉的供應鏈掌控力也可以復用。此外，特斯拉在航天衛(wèi)星積累下來的材料優(yōu)勢也可以用于人形機器人。”

　　也就是說，除了技術(shù)路線上的前瞻性，特斯拉積累的許多技術(shù)可以被復用，使其成為扛起人形機器人創(chuàng)新大旗的不二人選。

　　三、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈或迎來“春天”，人形機器人仍面臨四大挑戰(zhàn)

　　“特斯拉、戴森等巨頭的入局，對人形機器人產(chǎn)業(yè)來說是一個重大利好。”付春江告訴智東西，“我們知道，過去人形機器人除了技術(shù)原因方面之外，相關(guān)成本與售價問題也是一個難點。特斯拉等大型企業(yè)進來，有望通過造幾十萬臺上百萬臺量級的機器人，大大帶動上下游的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。”

　　人形機器人涉及到電機、減速器、結(jié)構(gòu)件、電池、傳感器、機器人殼體等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。以人形機器人關(guān)節(jié)為例，數(shù)量多達 25-50 個，成本占比高達整機的 50%。電機作為關(guān)節(jié)里的核心驅(qū)動部件，影響關(guān)節(jié)的輸出力大小和運動性能。根據(jù)中信建投報告，人形機器人規(guī)模量產(chǎn)有望帶動電機需求快速爆發(fā)，新增電機市場規(guī)模有望近千億元，這勢必促進國內(nèi)廠商生產(chǎn)更加物美價廉的產(chǎn)品。

　　實際上，面對人形機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)大融合趨勢，國內(nèi)公司和科研人才也在國內(nèi)看到了產(chǎn)業(yè)新機會。看準國內(nèi)經(jīng)濟實力、科研成果、制造能力條件具備，眾多科技人才紛紛選擇回國發(fā)展。曾就職于本田阿西莫機器人團隊的付春江是其中之一。

　　“國內(nèi)科研成果方面形成了巨大的蓄水池，提高了整體產(chǎn)業(yè)勢能。比如，現(xiàn)在我們想找一個什么前沿技術(shù)，在國內(nèi)基本都能找到。同時，國內(nèi)也有大量的人才資源，各個門類的人才能撐起創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”付春江說。在過去 10 年的研究生涯中，付春江主要圍繞人形機器人的穩(wěn)定性、運動的魯棒性，以及環(huán)境適應性、動作多樣性展開研究。

　　恰逢 2021 年特斯拉機器人傳出消息前夕，付春江回國，而后選擇加入有十余年研發(fā)經(jīng)驗的優(yōu)必選科技。資料顯示，優(yōu)必選科技已經(jīng)布局了包括高性能伺服驅(qū)動器、機械傳動、運動規(guī)劃與控制、計算機視覺與感知、智能語音交互、SLAM 與導航、人機交互和手眼協(xié)調(diào)等核心技術(shù)，同時推出了機器人操作系統(tǒng)應用框架 ROSA。2022 年，其大型人形機器人 Walker 作為中國硬科技的代表，在迪拜世博會中國館累計工作超過 1200 個小時，完成了 1000 個場次的接待任務。

　　付春江透露，優(yōu)必選科技持續(xù)在攻堅人形機器人相關(guān)技術(shù)，公司正在電子皮膚、并聯(lián)結(jié)構(gòu)、整機優(yōu)化、降低成本上下功夫。

　　但他也坦言，國內(nèi)人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展也面臨肉眼可見的挑戰(zhàn)。

　　首先，人形機器人需要過技術(shù)產(chǎn)品這一關(guān)，最大難點在于讓機器人靈活地與物體或環(huán)境接觸，在穩(wěn)定性、動作自然性、動作多樣性還有待提高。

　　在穩(wěn)定性方面，這要求機器人企業(yè)設定多級的穩(wěn)定性策略，比如包括步態(tài)周期調(diào)整、腳底接觸面調(diào)整、摔倒爬起機制等多個策略;在動作自然性方面，需要通過動力學模型進行高維度動作探索;動作多樣性方面，則需要通過模仿人的動作或參考人做動作的相關(guān)依據(jù)，促進人形機器人探索更多高難度動作。

　　動作泛化是另一大人形機器人產(chǎn)品需要攻克的難題，簡單來說，就是如何讓機器人舉一反三。從全球人形機器人發(fā)展格局來看，一個方案是像波士頓動力一樣建立足夠大的庫，調(diào)用各種動作;另一個方案則是取決于大型通用 AI 的發(fā)展，通過通用 AI 讓機器人識別任務，實現(xiàn)各種動作，就不需要建大型的庫。

　　當下，人形機器人的限制性條件一個是通用 AI 技術(shù)的發(fā)展，另一個還要回歸到成本。

　　人形機器人成本何時能降到接近一輛車的價格?這決定其是否能真正進入家庭。目前，大多數(shù)知名人形機器人產(chǎn)品的成本均在 100 萬元以上。優(yōu)必選是國內(nèi)首家將硬件成本降至 10 萬美元/臺的公司，但付春江認為，近年有望繼續(xù)降到 5 萬美元/臺。

　　在人形機器人的成本地圖中，成本最高的主要是舵機，包括電機減速器、編碼器、電機結(jié)構(gòu)件等，占成本1/3~1/2;另外一部分是各種電子傳感器與算力板，占到將近1/4~1/3;除此之外還有整機結(jié)構(gòu)件等。付春江談道，隨著量產(chǎn)，人形機器人的整機結(jié)構(gòu)件和舵機成本將大大降低，結(jié)構(gòu)件則需要靠材料和加工技術(shù)的升級。他認為，量產(chǎn)后整機成本降低 50% 是完全有可能實現(xiàn)的。

　　最后，付春江談及了生態(tài)合作的重要性。

　　“人形機器人牽扯的方面非常復雜，不是一個人、一個團隊能做好的事，因此需要覆蓋產(chǎn)學研的生態(tài)合作，在技術(shù)、資金、實驗平臺、基礎接口等方面都需要進行合作，以避免重復造輪子。”

　　結(jié)語：搶灘人形機器人賽道，考驗長期技術(shù)積累

　　讓人形機器人來幫我們做重復、單調(diào)、危險的工作，是人類科技發(fā)展的星辰大海。如果特斯拉機器人本次真的驚艷行業(yè)，那么星辰大海離我們又近了一步。“到 2025 年，人形機器人在半結(jié)構(gòu)化場景將對一些工作崗位進行輔助;2030 年，能對很多崗位的人力進行替代，讓人們解放出來去做有創(chuàng)造性、感興趣的事情。”付春江說。

　　當下，隨著我國經(jīng)濟實力、科研實力、制造業(yè)的發(fā)展，技術(shù)蓄水池的積累和創(chuàng)業(yè)熱情吸引一大批科技工作者回國投入新事業(yè)。人形機器人是一項極其復雜系統(tǒng)化的工程，這需要企業(yè)具備綜合科技硬實力，也需要整個生態(tài)匯聚力量，甚至由國家推動，堅持通過長期研發(fā)解決成本、通用智能等方面的關(guān)鍵問題。
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