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人形機器人為什么還是要看中國 2022-11-09 17:48:20  來源:36氪

人形機器人未來哪個國家有更多發(fā)展機會?答案或是中國。

日前,Tesla Bot人形機器人“Optimus”原型機在上海進行了全球首秀。


【資料圖】

身高1.72米,重57kg的它能搬磚、送貨、澆花。馬斯克說,它未來還能扮演貓女,且將帶來“文明的根本轉變”。

▲網(wǎng)絡圖| 馬斯克與特斯拉人形機器人

Tesla Bot在10月初特斯拉2022 AI Day上首亮相時,曾在科技界、投資界引發(fā)廣泛回響。雖然有不同觀點,但很多正在尋找未來增長點的人們選擇相信。

我國把機器人作為國民經(jīng)濟發(fā)展的下一個重點。今年4月,《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》印發(fā),指出2025年我國要成為全球機器人技術創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地。

在國內,包含人形機器人在內、具備更廣泛意義的足式機器人(包括雙足、四足),已通過春晚、北京冬奧會等各種場合的表演與呈現(xiàn),讓大眾有了一定的認知。騰訊、小米等大廠的入局,也讓機器狗這類四足機器人有了走進大眾的機會。

我國足式機器人產(chǎn)業(yè)到底發(fā)展到了哪個階段,在全球處于一個怎樣的位置,年輕人在這個產(chǎn)業(yè)中能有哪些發(fā)展機會?

我們對話了南方科技大學機械與能源工程系教授、博士生導師、鵬城學者特聘教授張巍。

張巍教授的核心觀點如下:

1、類比通訊電子行業(yè),機器人行業(yè)還處于BB機、商務通等各類專機階段;具有極強通用性的人形機器人將是機器人界的iPhone。只是傳信息的話,iPhone 的性價比遠不如BB機,但當其可以支持多項功能之后,就會快速重塑整個行業(yè)。

2、通用機器人不一定需要通用才有商業(yè)價值。人形機器人真正進入千家萬戶,可能要十年左右時間。但產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化并不需要足式機器人實現(xiàn)通用能力之后才能開始,這個節(jié)點可能在未來兩三年就可以實現(xiàn)。

3、研究足式機器人是難而偉大的一件事。偉大是因為它具有極大的顛覆性,手機是個人通訊娛樂的通用終端,智能汽車是未來人們在結構化道路上的通用終端,人形機器人將會是面向各類非結構化場景時連接數(shù)字世界與物理世界的通用終端。

4、要學好足式機器人必須打好數(shù)理基礎并兼顧動手實踐,兩者缺一不可。這個新興行業(yè)急缺優(yōu)秀人才,對敢于面對挑戰(zhàn)年輕人來說是個好時機。

以下為張巍教授對話實錄:

Q1:您研究和進入足式機器人領域的契機是什么?

A1:很難說我從小就喜歡機器人,這是不現(xiàn)實的,對人形機器人抱有極大的興趣也是最近幾年才開始的事。

首先是對控制有深入的研究。我大概從2005 年開始一直在做混雜動力學系統(tǒng)(離散事件與連續(xù)動力學耦合的系統(tǒng))的控制與軌跡優(yōu)化研究,后來隨著深度學習的成熟,又涉及到這類系統(tǒng)的強化學習算法的研究。足式機器人系統(tǒng)隨著離散觸地事件會在不同動力學模型間切換,本質上是一類混雜系統(tǒng),我前期在這方面的理論研究為后續(xù)的應用研究提供了極為重要的基礎。

其次是足式機器人硬件近兩年逐漸成熟,可以快速在硬件上實驗驗證算法并進行迭代,硬件的成熟對行業(yè)的發(fā)展極為重要。

對機器人的研究大概也就從五六年前開始,在此以前實驗平臺很稀缺,我們都是在打基礎,因為這個行業(yè)對基礎的要求很高,過去的研究并沒有浪費,反而能夠直接導入到后面的研究當中。

經(jīng)過長期的研究和學習和技術背景的匹配,才有了深入足式機器人研究的契機。

Q2:足式機器人,是為解決人類哪些需求而生?

A2:整體而言,機器人主要解決兩類需求:

第一個部分是解決移動需求,讓機器人能夠從 A 到 B 去做一件事,包括無人車、送餐機器人等都主要是解決了移動需求;

第二個部分是解決操作需求,讓機器人在從A到 B 的每個場景上進行操作,比如在移動的基礎上加一個機械臂來完成更多的任務。

這兩個部分概括了90% 的機器人能力??梢哉f,這兩個需求,也是我們希望足式機器人能實現(xiàn)的需求。

Q3:一般大眾會有個疑問,為什么一定要造有腳(無論是雙足還是四足)的機器人?

A3:以前的機器人多以輪式機器人為主。在解決移動需求上,足式機器人與傳統(tǒng)的輪式機器人存在較大差異,有更多優(yōu)勢。

首先,輪式機器人通過輪子轉的方式來運動,平地上移動效率比較高;足式機器人則根據(jù)人的運動方式來走,地形適應能力更強,原理上能到任何人可以到達的地方。

其次,輪式機器人只能在為它構建的場景中使用,比如搭引橋、鋪馬路或者建軌道,輪式機器人很難去到野外、樓梯、臺階等這類不平坦、但卻是人們生活中處處遇到的地方。

足式機器人能夠彌補現(xiàn)有的輪式機器人不具備的地形適應能力,這對解決移動需求來講是非常重要的。

就操作能力而言,腿足的機構又能為操作提供巨大的優(yōu)勢,這一點是經(jīng)常被忽略的。

▲圖| 南方科技大學研發(fā)的3D點足式雙足機器人

現(xiàn)在解決移動操作的辦法一般是在輪式地盤上安裝機械臂。所用的輪式底盤一般很重,移動時底盤又難以通過調整姿態(tài)來調節(jié)重心,一旦機械臂超過重心就難以保持平衡;同時由于底盤較大且姿態(tài)固定,輪式機器人的移動操作空間也相對有限。

足式機器人(尤其是人形雙足機器人)與人的自由度則相對一致,在狹小的空間內能夠完成輪式底盤+機械臂不能完成的操作任務。

比如人形足式機器人能夠像人一樣彎腰撿東西,或者取對面桌子上的一個東西時還能翹個腳來保持平衡。可以說,在技術完全成熟的情況下,這種形態(tài)的機器人能夠解決任何人類能解決的移動操作需求。

Q4:足式機器人是否會和人一樣,能靈活面對各種場景,解決各類需求?

A4:如果只是專注于某一類場景,那通常足式機器人不是最好的選擇。那為什么還需要足式機器人呢?本質上是專機和通用的區(qū)別。

專機指在固定的場景中代替人去完成相應工作的機器。但問題在于,很多應用情況沒法對應一個場景就設計一個具體的專機。

整個機器人發(fā)展的趨勢,本質上是從專機到逐漸通用的過程。比如大部分自動化生產(chǎn)線可以認為是機器人,但人們更多的是稱其為自動化裝置而不是機器人,因為單一性太強。

后來隨著需求的增加,每生產(chǎn)一個東西就換一套設備成本太高,引進工業(yè)機器人和協(xié)作機器人就成了必然,機械臂能夠滿足更多柔性制造的操作需求。

但是機械臂只能在固定位置上部署,這還是滿足不了某些需求,人們于是就研究在移動底盤上加機械臂,也就是現(xiàn)在的復合機器人,不光有操作能力,還能同時具備移動操作的能力,能夠從 A 到 B 去完成一個任務。這就是逐漸提升通用性的過程。

簡單來說,如果要解決某一個單一任務,這個答案大部分情況下不是足式機器人;如果要解決多個任務,并且任務足夠豐富的話,那答案就是足式機器人。

通用性是足式機器人最大的優(yōu)點,你不需要為任何樓梯或者任何場景專門設計一個專機去完成任務,足式機器人本身就能完成多個任務。當未來這樣的任務足夠多而且機器人成本又足夠低時,那足式機器人就具有非常大的價值。

Q5:這是否意味著,足式機器人不需要為他們造一個他們能走的環(huán)境?

A5:以前的設計理念以專機為中心,在大量、單一并且重復的需求之下,這個邏輯是適合的。火車本質上也是專機,前提是人們需要先鋪個鐵軌才能運行。

足式機器人要替代的不是這些需求。在各種各樣、需求量又沒那么多的情況下,需要機器人的通用性來完成原本需要人來完成的事情。要想替代人來完成任務就必須能夠到人能到的地方,外形不需要長得像人,但必須跟人有一樣的運動方式。

我們的這個世界是根據(jù)人的活動特點來構建的,包括臺階有多寬、門檻有多高、門框有多窄,這些都是根據(jù)人的身形來定制的。我們已經(jīng)建立好了這個世界,如果為了引入機械化就得把整個世界都改造,那這就不是為人設計的,而是為機器人設計的。

不可否認兩種思路都是有利的。但是在需求規(guī)模不大的情況下,人們不可能為機器人去改造整個環(huán)境,足式機器人的價值就體現(xiàn)在這了。

Q6:目前我國足立機器人處于一個怎樣的發(fā)展階段?與世界相比,我們是同步還是落后?

A6:從學界來講,做足式機器人研究的還不多,并不是每個學校每個專業(yè)都能夠有幾十個老師來做這個事。

從整體水平來講,最近幾年提升不少,但跟國外(尤其是美國)還是有一定差距的。

2019年,美國MIT開源了一套四足機器人的方案,包括硬件和軟件。所有人的技術下限都提升到了同一個起跑線,大家開始能在短時間內做出一個機器狗,但是這個開源方案本質上還是學術論文程度的開源,并不是成熟產(chǎn)品方案的開源。所以大多機器狗基本上只能走兩步或者翻個跟頭,離解決真實落地需求還有較大的差距。

現(xiàn)在這個差距主要體現(xiàn)在軟件算法能力上,國內硬件相對成熟,但功能性很少。所以你會看到,大部分應用仍然以表演性為主,提前固定編排好動作現(xiàn)場再進行回放動作,包括在一些盛大的場合進行表演的機器人。

如何定義水平高不高?就看機器人是基于實時的信息來做決策與控制,還是事先編排好的動作做回放。

現(xiàn)在我們國內根據(jù)實時感知信息來做動作的研究還處于初步階段,即使放在全世界來看還沒有幾家公司有完全成熟的方案。包括像波士頓動力這樣的公司,也是2018年后才讓機器狗走進現(xiàn)實的場景中,演示比如上下樓梯、在工廠巡檢等場景,然而至今也還沒看到全天候在工廠能穩(wěn)定運行的情況,所以技術應該還不是完全成熟的。

就像人閉眼走也能走,但這叫盲走, 在開源的前提下,現(xiàn)在“盲走”的技術都基本在一個水平上。雖然各個研究團隊還有一定的差距但都差不太多。當真正睜眼睛去走走,還要在樓梯等各種場景中都能感知到,然后根據(jù)感知的情況規(guī)劃足要踩在哪、要施多少力,目前國內不少機器人公司是不具備成熟方案的,高校中的研究也相對比較少。

▲圖| LimX正向下樓梯實時視覺反饋展示

Q7:我國發(fā)展足式機器人在產(chǎn)業(yè)和技術上的優(yōu)勢和短板有哪些?

A7:目前我們最大的挑戰(zhàn)是技術短板,但和國外相比最終我們或還會是個贏家,優(yōu)勢如下:

第一是成本優(yōu)勢,由于成熟產(chǎn)業(yè)鏈與相對低的人工成本,足式機器人硬件成本上國內有巨大的優(yōu)勢。

第二是場景優(yōu)勢,機器人發(fā)展的整個產(chǎn)業(yè)鏈以及落地場景都能在中國找到。無論是 ToC 還是 ToB 的場景,國內的豐富度都是國外的幾十上百倍。有的行業(yè)場景在國外甚至是不存在的,從這個規(guī)模來看國內是有巨大優(yōu)勢的。

技術短板主要是欠缺機器人算法方面的原始創(chuàng)新能力。機器人軟件算法能力大體分成三層。

第一個是頂層的 AI 層,就是代替人去做決策。比如機器人現(xiàn)在應該干什么,環(huán)境中都有什么物體,應該去哪里,抓取什么物體等。好在最近自動駕駛火起來以后,類似這類AI能力在國內反而是有優(yōu)勢的。雖然現(xiàn)在技術也不是那么成熟,但是至少國內跟國際上還沒有明顯的劣勢。這個領域還不完全算是機器人領域,我們要解決的是提供通用移動和操作平臺。

其次是定位導航的能力。AI(或人)決策了機器人應該去哪里做什么,接下來足式機器人在移動過程中需要知道哪是A,哪是B點,從A 到 B 走得偏沒偏,這屬于定位導航能力。這跟無人車和無人機是相通的。這個目前來說已經(jīng)不是很難,國內也有很多團隊在這方面有出色的工作。

最后是運動控制算法能力,也就是如何完成從 A 到 B、從這個臺階走到那個臺階的運動。這件事怎么完成跟上層AI 沒關系,因為AI已經(jīng)告訴你要從這個點到那個點了,這個過程中需要感知和控制結合的能力,實時感知周圍的環(huán)境,并根據(jù)感知信息來實時控制二、三十個電機來完成需要的移動操作任務。

在這幾個能力中,國內相對匱乏的還是基于實時感知的多關節(jié)的控制能力,這也是我們團隊主打這個核心技術點的原因。

▲圖| LimX基于視覺穩(wěn)定連續(xù)上下鋼制鏤空樓梯

Q8:我國在足式機器人領域人才供給的量與質,處于一個怎樣的水平?國內哪些院校在發(fā)展足式機器人方面具備較強的實力?

A8:有不少團隊在做,近期也吸引了不少新的研究團隊進入這個領域??傊蠹疫M步還是很明顯的,但大家的精力還需要聚焦。

目前除了我們南方科技大學外,還有浙江大學、北京理工大學、哈工大等這些代表性院校比較有實力。

Q9:您如何評價我國一些足式機器人公司的產(chǎn)品和背后的技術實力?

A9:個人覺得目前沒有很好的落地,不少都是把機器狗當作玩具類的機器人買回去遛一遛或者拿來表演,這些本質上都是出于獵奇心態(tài)或娛樂行為,很難歸類于機器人領域的落地。

國際上波士頓動力和Anybotics正在推進在工業(yè)巡檢方面的落地,國內也出現(xiàn)了在工廠里巡檢的例子,但目前大多還解決不了上下樓梯和復雜地形的問題,這樣的話相比輪式機器人沒有太多優(yōu)勢,大多還是出于獵奇心態(tài)和宣傳、展示的需求。

人們對機器人的興趣,來源于期待機器人在未來代替人完成任務,但這個期待目前沒有被實現(xiàn)。

Q10:足式機器人的商業(yè)化是否要等到它變得全能后才能實現(xiàn)?

A10:我們希望能推動足式機器人真正落地,而且不光四足,我們也很重視人形雙足機器人。在這一點上,我們和特斯拉的理念是一致的。

等到足夠成熟和便宜以后,未來每個家庭都會有人形機器人。人形機器人是未來的手機,相當于機器人界的iPhone ,只不過我們現(xiàn)在還處在大哥大和BB 機的階段。如果只是傳信息,BB 機就夠用了,還不需要 iPhone,就像是專機和通用機器人的區(qū)別。

有些公司會直接布局到 iPhone的形態(tài),比如Agility Robotics,特斯拉和我們團隊都會直接研發(fā)人形機器人。短時間內還比不上BB機的性價比,因為它還只能完成簡單工作,如發(fā)個消息。

然而人形的商業(yè)化進程會是漸進式的,要做的就是先把形態(tài)固定好,之后再往上加類似于APP的功能。

第一個APP出現(xiàn),我們可以取代BB機,之后再有兩個、三個APP,漸漸能夠取代打電話、發(fā)Email 、記筆記、玩游戲等功能,等到這些功能足夠多以后,iPhone 就可以取代其它專門的電子設備了。

當然這是簡單的類比,總之,當人形機器人能完成多項任務后,他的商業(yè)拐點會出現(xiàn),同時會迎來顛覆性的發(fā)展。最關鍵的是以后無論加多少App它的基本形態(tài)都不用變,可能出現(xiàn)以前無法想象的機器人界的互聯(lián)網(wǎng)式的發(fā)展。

所以我的觀點是,通用機器人不需要通用才有商業(yè)價值。這只是一個終極產(chǎn)品形態(tài),我們只要不斷地在上面加功能。第一個功能不夠,它的性價比比不過專機,那就加第二個功能,逐漸地就比兩個專機要劃算。特斯拉也類似這種思路,與其左一個BB機,右一個大哥大,每個專機領域各干各的,不如發(fā)明一個最終形態(tài)的iPhone。

當然一開始在BB機時代去做一個手機可能有點夸張了,看起來沒有必要搞一個這么貴的事,但我們是最早迭代這個產(chǎn)品的人,當我們有了打電話、發(fā) Email、看視頻這些功能以后,性價比超過了市面上的專機,我們行業(yè)就可以開始迅速發(fā)展了。在逐漸形成市場規(guī)模以后,市場反而就不再需要BB機這樣的專機了。

劃分機器人有不同的維度,在某個維度上我傾向于把機器人分為工具類的機器人,比如像汽車和飛機,這屬于人的交通工具,機器人可以替代人去開車,但不會去代替車,因為這是人的工具;另一類就是代替人的機器人,以后這些是最有可能會被人形機器人或者是足式機器人所取代的。

像馬斯克說未來的人形機器人會比汽車的規(guī)模更大,我們也是這么認為的。

以前市場上有顧慮,一是因為技術還不成熟。還有一個是成本太高,但是特斯拉發(fā)布會上說可以做到2萬美金以下。雖然乍一聽價格還是很貴,但是在一些商業(yè)場景和工業(yè)場景中已經(jīng)足夠。未來家里也不需要左一個掃地機器人,右一個炒菜機器人,一個形態(tài)就能夠完成保姆的任務。

我覺得人形機器人要進入千家萬戶,可能要十年以上。但產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化并不需要足式機器人在實現(xiàn)超能之后才能開始,這個節(jié)點可能在未來兩三年就可以實現(xiàn),特斯拉的預測可能大家將信將疑,但我們根據(jù)自身的理解對這個方向以及它的商業(yè)化進程是非常篤定的。

我們的足式機器人現(xiàn)在處于什么狀態(tài)呢?同另一個領域類比,大概是 2010 年左右的自動駕駛階段。現(xiàn)在有真正的自動駕駛嗎?也還沒有真正地落地,但是自動駕駛的研究和商業(yè)探索已經(jīng)延展了很多,甚至開始顛覆整個汽車行業(yè)。

所以商業(yè)節(jié)點也是一步步來的,功能也是逐漸增加的,市場規(guī)模也在逐漸打開。

Q11:未來足式機器人的發(fā)展空間是怎樣的?

A11:整個機器人行業(yè)大體有兩個發(fā)展的思路。第一個發(fā)展思路是專注于一個垂直領域,各種各樣的專機一定是存在的,前提是這個領域規(guī)模足夠大、場景足夠專一。但在一些規(guī)模不大、需求特殊而且不值得專門設計專機的領域,他們的共性是都將成為足式(移動操作)機器人的應用場景。

Q12:足式機器人在未來有望成為家庭陪伴型的娛樂角色嗎?

A12:現(xiàn)在足式機器人能滿足一部分的陪伴需求,外形擬人或者長得可愛的機器人都有,但現(xiàn)在也不是特別成功,沒有特別大規(guī)模地進到每一個家庭里,因為成本還比較高。

陪伴的價值在哪?這個市場怎么定義?現(xiàn)在還不是特別清晰。我覺得以后會有一個這個分支,但是現(xiàn)在市場和產(chǎn)品都不是很成熟,我覺得它更依賴于通用AI技術的發(fā)展,而不是通用機器人的發(fā)展。

Q13:足式機器人受到資本關注的原因是什么?您認為資本是否能有足夠耐心,等待足式機器人的發(fā)展壯大?

A13:我們把這個定義成難而偉大的一件事。難是因為相比現(xiàn)有成熟應用的機器人,足式機器人的軟硬件不僅需要巨大的創(chuàng)新才能實現(xiàn)功能,而且還需要把成本做到盡可能低;偉大是因為它的應用廣度和對人類社會的影響具有極大的顛覆性。對這個賽道感興趣的資本看中的應該就是這一點。

這種類型的資本一般是視野長遠、長期關注前沿科技發(fā)展的投資機構,足式機器人正是具有足夠的想象空間和絕對的顛覆性的領域。

尤其是今年可謂是人形機器人真正產(chǎn)業(yè)化的元年,亞馬遜投資1.5億美元支持Agility Robotics在物流場景落地, 特斯拉對人形的巨大投入和AI Day 的發(fā)布也讓國內的投資人至少看到了人形機器人行業(yè)的可行性。同時馬斯克對降低成本的預期和能力,也讓我們看到了潛在的經(jīng)濟效益。所以整個資本現(xiàn)在對這個賽道是很關注的。

目前,國內像明勢資本、峰瑞資本、昆仲資本等投資機構,都非常關注足式機器人。他們愿意陪科學家走這未來的十年,他們不期待能夠立刻產(chǎn)生價值,在這一點上大家的理念是一致的。因為這個事是難而偉大的,如果不難,就不可能偉大,誰都能做到。

另外,也應該看到市場上大多數(shù)投資人還不了解這個新興賽道。由于特斯拉的出現(xiàn),他們對雙足的關注度要遠大于四足。其實這兩類的核心技術對我們來講是一樣的,我們把它們都會定義成通用移動操作機器人。

Q14:您對對足式機器人行業(yè)有關注、可能未來有興趣加入這一行業(yè)的年輕人有何建議?

A14:打好數(shù)理基礎和動手實踐,兩者缺一不可。

國內也有很多人非常有動手的熱情,做各種各樣的機器人,但本質只是在一個技術層次上做各種重復性開發(fā)與集成,大部分學生深度的掌握還是不夠的。

很多機器人行業(yè)主要依賴從業(yè)者工程經(jīng)驗與技術集成能力,然而足式機器人是一件難而偉大的事,不僅需要工程經(jīng)驗,還需要對基礎理論的深入理解,其中包括機器人學、非線性控制、最優(yōu)控制、優(yōu)化理論與算法、多剛體動力學、機器學習、計算機視覺等。需要長時間的積累,急不來。

這個領域的發(fā)展和迭代也很快,三年前的技術與現(xiàn)在完全不同,但是只要深入理解,你就會發(fā)現(xiàn)底層的原理與邏輯是一樣的。有基礎原理的深入理解能力才能以不變應萬變,粗淺了解技術是遠遠不夠的。現(xiàn)在市場上足式機器人優(yōu)秀人才相對匱乏,對敢于面對挑戰(zhàn)年輕人來說是個好時機。

關鍵詞: 移動操作 的情況下

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