特斯拉“擎天柱”掀起热潮,我们离人形机器人还有多远?

机器人大侠 2022-08-31
3746 字丨阅读本文需 10 分钟

最近,人形机器人再一次成为了舆论焦点。

8月11日,小米发布人形机器人“铁大”(CyberOne)。根据官方资料,这个高 1.77米,体重52公斤的机器人,拥有21个自由度,可识别6类45种人类语义情绪,成本在60万元-70万元之间,目前尚无法量产。

在此之前,特斯拉CEO(首席执行官)马斯克也已经宣布,将在9月30日发布“特斯拉今年最重要的产品”——人形机器人原型机“擎天柱”(Optimus),并表示未来它将用于替代人类,从事重复性高、单调枯燥的危险工作。

受两大科技公司消息影响,人形机器人概念迅速爆热。

自今年6月,擎天柱命名公布至今,A股市场的机器人指数(Wind,万得)已经上涨超过30%,有的公司股价甚至上涨超过200%。

甚至有人认为,人形机器人有望引领人工智能场景的下一波浪潮,带来万亿级别的市场新蓝海。

根据麦肯锡报告预测,到2030年全球约4亿人的岗位,将被自动化机器机器人取代。其中,人形机器人也必将成为一个万亿级的新市场。

01

何为人型机器人?

智能机器是能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器,通常称为智能机器人。智能机器人是一个多种高新技术的集成体,它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识,涉及到当今许多前沿领域的技术。根据应用领域不同可划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人。根据形态不同可划分为多关节机器人、SCARA机器人、DELTA机器人、AGV/AMR等。其中,多关节机器人搭载不同功能的末端执行器后,工业多关节机器人可实现焊接,喷涂,搬运,检测等任务;协作多关节机器人可实现按摩,测核酸等功能。特种机器人主要负责巡检、带电作业等任务。

在 2021 年的 Tesla AI Day 上,马斯克公布了人形机器人 Tesla Bot(Optimus)的概念。近期,马斯克又将原计划 8 月 19 日举办的特斯拉 AI 日,改为 9 月 30 日举办,因为届时将发 布 Optimus(“擎天柱”)原型机。据官方描述,特斯拉 Optimus 机器人身高约 172CM、体重约 56KG,能够硬拉 68KG 左右,它的诞生是为了消除危险、重复和无聊的任务,以便人类可以专注于更加愉快的工作。长期以来,马斯克对人工智能发展的危险性和缺乏监管的状态直言不讳,但他向外界保证 Optimus 是友好无害的,特斯拉机器人的速度被特意设计得很慢,最高时速约为 2 米/秒,并 且比人类更弱。

据称,该款人形机器人结合了特斯拉的 AI 技术,即基于视觉神经网络神经系统预测能力的 自动驾驶技术,具有极强算力的 DOJO D1 超级计算机芯片,Dojo 架构拥有一个大规模计算 平面,极高宽带和低延迟。作为 Dojo 架构的重要组成部分,D1 芯片采用 7 纳米制造工艺, 处理能力为每秒 1024 亿次。由于每个 D1 芯片之间都是无缝连接在一起,相邻芯片之间的延 迟极低,训练模块最大程度上实现了带宽的保留,配合特斯拉自创的高带宽、低延迟的连接器, 算力高达 9PFLOPs(9000 万亿次)。

人形机器人设计是模拟人的行为其相关产业链环节包括AI 系统(大脑)、机器视觉(眼睛)、屏幕板(面部)、传感器(五官、四肢等)、执行器(四肢)等;机械产业链主要涉及机器人本体、机器人集成、核心零部件(包括伺服电机、减速器、控制系统和驱动器)等。

02

人形机器人,各项用途的最大公约数

中国电子工业学会将机器人划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。

其中,1)工业机器人指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,在工业生产加工 过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复长时间作业;2)服务机器人是指在 非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的先进机器人;3)特种机器人指代替人类 从事高危环境和特殊工况的机器人。目前,全球机器人发展已有超过半个世纪,但据 IFR 数据,2019 年全球工业机器人保有量 仅 272 万台,按照世界人口网数据 2019 年全球 230 个国家 75 亿人口计算,工业机器人的人 均保有量仅为 3.63 台/万人。2019 年,工业机器人受全球贸易摩擦升级影响,新安装量出现下 滑,据 IFR 预计,到 2022-2023 年才可能恢复至疫情前水平。相比之下,服务机器人、特种机器人因疫情催化“非接触”使用场景增加,发展势头迅猛。

回顾过去几十年发展历史,工业机器人发展速度迟缓,除了受宏观经济影响外,还与其初 级的智能水平、难以迁移的应用环境有关。传统工业机器人主要是解决传统制造业的效率问题, 在静态、结构化、确定性的无人环境中完成重复性作业,其工作特点在于空间相对隔离、与人 非接触、预编程或示教再现控制、需要外部安全保障。伴随制造业本身的升级和转型,小批量、 多品种、短周期、个性化将成为新兴制造业的显著特点,因此工业机器人的趋势也将是可融入 人类生产与生活环境、与人优势互补、合作互助,进而成为具备可变作业能力的人类助手型机 器人。

机器人最终需要在人类所处的现实环境中工作。开发人形机器人比修改整个环境显得更经 济合理。现代社会的环境是为人类自身设计的,例如,走廊的宽度、阶梯的高度、扶手的位置 和门把的位置等数不胜数的事物都要适合人的尺寸和运动,这些是社会建造过程中的沉没成本。因此,当机器人具有人的形状并能像人一样活动时,就不需要为机器人而改变人的环境。常见 的轮式机器人使用条件苛刻,需要在一个非常平的地面上来使用,没有任何的越障能力,这种 理想的工作环境其实是非常少的。如果要想满足它丰富功能的话,还是要做成一个有自主越障 能力,所以人形是一个好的选择。

03

人形机器人还离我们有多远?

时至今日,“人形机器人”依然离我们绝大多数人非常遥远。

核心原因在于,作为机器人的最高级形态,人形机器人普遍需要在开放的、不确定的环境中与人类进行交互,而且需要步态行走,需要更高的环境感知、运动控制、人机交互能力,对技术成熟度的要求更高。

与之相比,工业机器人面对的环境更简单,工作更集中,对精确性的要求远高于应变要求,所以应用的范围更广,规模更大。

尤其是在当下,人工智能的发展还达不到真正的“通用智能”,机器人的硬件能力也还没有达到临界点,所以越是需求明确、场景垂直的机器人,越容易完成从实验室向商业化的关键跃迁。

与之相对应的是,即使是在姿态控制、动作预判算法、动力输出等领域,已经处于全球人形机器人最前列的波士顿动力,依然因为商业化艰难,在短短7年内连换3任东家,而且每一次的卖身价都大幅缩水。

那么,新入局的马斯克和雷军,能否带来新的改变?

从长期来看,由于特斯拉在自动驾驶汽车的研发过程中,有大量的人机交互、环境感知和工程机械等技术,可以在机器人身上得到复用,所以业界对特斯拉的入局,普遍抱有期待。

但就短期而言,无论擎天柱还是铁大,显然都还面临巨大挑战。

从技术成熟度来看,依照汉纳范人体力学模型,人的全身一共有76个自由度。而人形双足机器人的身形步态和动姿,如果要达到人类的及格水准,自由度数量至少要达到人的80%,即超过60个。

与此同时,人形机器人要替代人类工作,也需要在力量方面达到标准。以一位1.8米高,体重75公斤的运动员为例,其单腿扭矩可达到500Nm,全身总扭矩能达到1600Nm。

而根据目前已经公布的信息,擎天柱预计只有40个自由度。

而铁大的自由度只有21个,机械模组的最大扭矩更是只有300Nm。

所以我们看到,在发布会上,走向雷军的不到6米距离,铁大走了四五十步,花了近20秒时间。

而在性价比上,铁大已经明确不会量产——即使量产,60~70万人民币的高昂价格,也注定无法走入千家万户。

擎天柱虽然还没有公布价格,但根据此前预计的可能价格25000美元(约合16万人民币),也不是普通家庭能够承担的。

04

下一代的商业入口?

人形机器人较其他服务机器人更容易被人们接受。参照“恐怖谷效应”,在中等程度偏上的 逼真性以前,无论是静态仿真物还是动态仿真物,人们对它的好感程度是随逼真性的提高而增 加。也就是说,中等偏上程度的仿真时最受人们欢迎的,最能够赢得受众。而随着逼真性向较 高程度增强,人们的好感度会陡然下降。在“恐怖谷理论“第一段曲线上升部分,人类与人形 机器人更容易产生情感上的交流。人形机器人在外形和行为设计上模仿人类,具有手部、足部、 头部和躯干等,容易获得人类好感、亲近感并能满足情感认同。并且它们与人类接近程度越高, 被接受和认可的程度就越高,具有人的外形是机器人成为人类伙伴并为人们带来乐趣的非常重 要的因数。人形机器人有望成为继手机、汽车后的又一入口,商业价值巨大。手机入口整合了通话、 地图、工作、娱乐等众多功能,是各功能依托的总入口。而人形机器人功能更加全面,与人互 动场景多元更加多元,有望成为新的商业入口。根据艾媒网、Statista 数据,2021 年我国人均 花费在手机上的时间达到 3.3 小时/天。此外,2021 年移动应用的用户支出达到 1700 亿美元 (约合 1.08 万亿人民币),与去年相比增长了 19%。下载量以同比 5% 的速度继续增长,达 到 2300 亿次。

展望人形机器人的未来发展速度,我们认为可以参考特斯拉电动车的放量节奏。回溯历史, Model-S 在 2012 年推出,2013年特斯拉电动车销量达到 2.2 万辆,2014 年达到 3.2 万辆, 2015 年实现 5.1 万辆。随着 2017 年推出 Model-3 达到大规模生产,销量快速增长,从 2017 年的 10 万辆快速增长到 2021 年的近 100 万辆。我们认为,特斯拉汽车销量的绝对额增长是 从 Model-3 的推出开始加速,起初走的是高端概念型路线,往往是忠实粉丝开始应用,同时搜 集各种数据进行改进,然后逐步起量。我们认为人形机器人的发展过程可能也与此有相似之处。

不同的是,对于人形机器人,其他科技企业会更快地跟进,国内与国外科技企业都纷纷注 意到这个赛道,在做前瞻布局。一些领先企业在做准备,明年也将推出,因而真正放量时不仅 要考虑特斯拉,其他国内外企业也会放量。如果人形机器人的放量节奏类似于特斯拉汽车,那 么 2023-2024 年人形机器人可以大致对应特斯拉 2013-2014 年的销量,随着其他厂商原型机 推出后也逐步起量,2025 年开始人形机器人对标 2015 年全球纯电动车销量。但对于 9 月 30 日发布的机器人,我们认为不应抱有过高的预期,原因在于人形机器人对 智能化水平、通信、执行、传感等方向的要求非常高,最终较为理想的人形机器人一定是经过 多次迭代,不断打磨后的产品。而特斯拉 bot 的到来,其最重要的意义在于开启了整个产业的 快速发展过程,未来一段时间,预计很多科技企业都会向人形机器人的方向努力,争夺赛道, 产业趋势可能会加速来到我们面前。

文章来源: 中方信富,科技杂谈,未来智库

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来自:机器人大侠
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