人形機器人,一場事先張揚的反常識-(1)
人形機器人產業存在一個反直覺現象:
目前人形機器人本體玩家中,竟然既不包括遠近聞名的工業機器人四大家族(發那科、ABB、安川、庫卡),也少見國內排名靠前的幾大機器人巨頭(埃斯頓、埃夫特、廣數、新松、匯川、新時達、錢江)的身影。
當下人形機器人本體處於領跑位置的玩家,是汽車行業大佬,如特斯拉、本田、豐田。或是科技企業,如小米、谷歌、亞馬遜。
庫卡等傳統工業機器人巨頭反而鮮有入局。
但另一方面,當人形機器人概念股迎來井噴時,率先引爆的卻還是工業機器人老三樣——控制器、伺服電機、精密減速機。比如生產線性關節的拓普集團;旋轉關節的三花智控;空心杯電機的鳴志電器;滑動絲槓、行星滾柱絲槓、空心杯電機的江蘇雷利;伺服電機的匯川科技;諧波減速機的綠的諧波等等,均在人形機器人概念的助力下,有不俗表現。
要解答這個反直覺現象,星船知造還得從人形機器人既傳統硬核(工業機器人老三樣)、又酷炫前沿(人工智能)的產業鏈角度進行分析——
1,為什麼說人形機器人是屬於明天的產業,如何理解其巨大潛力?2,人形機器人iPhone時刻還遠未到來,是卡在了哪些領域?3,人形機器人產業鏈各環節當下情況4, GPT技術在人形機器人中的場景應用和人形機器人終極猜想
01 人形機器人和具身智能
阿西莫夫的《鋼穴》裡有這樣一段對話,大意是:
如果你要管理一座農場,你有兩個選擇。一是在拖拉機、收割機、翻土機、汽車、擠奶器這些機械上都裝上一部「電子腦」,讓它們成為智能機械。二是讓收割機、翻土機、汽車、擠奶器都維持原樣,但使用一個擁有「電子腦」的機器人去操作它們。聰明人會怎麼選?
我們認為上述這段文字形象的表明了人形機器人的意義和優勢:
與其把所有工具全部重新設計,不如生產出能模仿人類外形和行為方式的機器人。TA完美接入人類現有生活、進入所有人類已經存在的場景、使用所有人類正在使用的工具。
一句話,我們一切的生活和生產都不需要為了這種機器人做任何多餘、額外的改變。
作為一門集機、電、材料、計算機、傳感器、控制技術等多門學科於一體的產業,人形機器人是國家高科技實力和發展水平的重要標誌。全球發達國家都不惜投入巨資進行開發研究。
日、美、韓、英等國都在研製仿人形機器人方面進行了大量投入
今年5月的特斯拉股東大會上,馬斯克通過視頻向全世界的投資者展示了Tesla人形機器人的最新進展:
Optimus(擎天柱)已經可以完成分類物品的複雜任務,如撿起物品、環境發現和記憶等。較之去年9月底的亮相,其運動控制能力持續進化,AI能力提升。馬斯克認為特斯拉的未來長期價值可能都是Optimus給予的。
馬斯克總財富已超越法國奢侈品巨頭LVMH總裁,重新奪回世界首富頭銜
日本本田公司最新開發的新型機器人ASIMO(阿西莫),身高120厘米,體重43公斤,它的走路方式更加接近於人。
source:本田
韓國KAIST 代表產品 HUBO+身高 1.7m,體重 80kg,具有 32 個自由度。
source:KAIST
美國波士頓動力研發的代表產品 Atlas 身高 1.8m,體重 80kg,具有 28 個關節,可完成原地起跳轉身一周等高難度動作。
硬件結構上,Atlas 擁有輕量級結構件皮膚和足部力控傳感器,雷達與深度相機形成視覺感知,28 個液壓關節驅動完成一系列敏捷動作,本體搭載 3 台 NUC/工控機負責整體控制系統的運算。
軟件方面,波士頓動力運用行為庫、實時感知和模型預測控制(MPC)技術將相機、雷達等傳感器接收的數據進行分析並對決策制定和動作規劃提供支持。
source:波士頓動力 不得不說,波士頓動力的就是酷
我國人形機器人在科研領域,有國科大研發的「先行者」機器人,可完成靜態和動態步行動作;哈工大推出的「HIT-III」機器人能完成上、下斜坡等動作;清華大學開發的「THBIP-II」具有 24 個自由度等。
在產業領域,深圳優必選推出的「Walker」機器人能完成上、下台階等動作;小米於 2022 年 8 月公布的人形機器人 Cyber One(鐵大),升級後的運動控制算法支配這機器人全身 13 個關節和 21 個自由度,實現雙足運動姿態平衡;電機性能增強10 倍,髖關節主要電機的動力扭矩峰值可達 300Nm,峰值扭矩密度 96Nm/kg;之江實驗室展示的人形機器人能藉助高精度視覺感知系統,定位琴鍵進行高精度手指運動。
深圳優必選「Walker」機器人
馬斯克對於機器人市場的判斷並非「空穴來風」。IFR數據,2022年全球機器人市場規模已經達到了513億元的高點,2017-2022 年CAGR 達 14%。
其中工業機器人市場規模195億美元,服務機器人市場規模達217億美元,特種機器人市場規模超100億美元。到2024年,全球機器人市場規模有望超650億美元。
另據Markets and markets預測,全球人形機器人市場規模(僅考慮單機)將從2022年15億美元提升至2027年的173億美元(約合人民幣1038億元),千億市場的容量指日可待。
從零售端的價格來看,此前美國波士頓動力推出的四足機器人Spot Mini定價約為74500美元,上線一年賣出了大約400台,人形機器人Atlas並未上市。面對高昂的價格,馬斯克曾公開表示,他的人形機器人將以低於2萬美元的價格銷售,並實現大規模生產。
做一個最為簡單的推算:即使未來Optimus的銷量只有馬斯克所說100億台的1/100,那麼其市場規模就有2萬*1億=2萬億(美元),這是何其壯觀的數字。
source:特斯拉
目前人形機器人的iPhone時刻還遠未到來。
從廣義範疇來看,人形機器人在本質上並沒有脫離機器的束縛,即便擁有了人體的形狀,但仍然是機器人的一種。只不過,在裝備了感知系統、驅動系統、末端執行系統、能源供應系統,運算系統及軟件這五大系統之後,在人工智能度上,人形機器人較之我們更為熟悉的工業機器人有了長足的進步。
傳統工業機器人更像一台機器而並非「人」。由於其所運行的軌跡都是被事先編程好,只可以在固定區域,特定場所,做規定而重複的動作,不具備獨立處置突發(非程序內)問題的能力,只能被歸類為非智能機器人。
需要與環境(包括人)發生交互,做出反應,就要求人形機器人擁有相當程度的人工智能。用更為規範的學術語言描述,這樣一種人工智能就叫做具身智能。
具身智能(Embodied Intelligence),指的是智能體通過與環境產生交互後,通過自身的學習,產生對於客觀世界的理解和改造能力。
能夠產生具身智能的假設前提是:智能行為可以被具有對應形態的智能體,通過適應環境的方式學習到。有鑑於此,地球上所有的生物,都可以說是具身智能。