人形机器人:考验中国“硬科技”

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在合肥蔚来汽车工厂,深圳企业优必选的工业版人形机器人Walker S正在进行“实训”。这款身高1.7米的机器人在检查完车门锁、安全带和车灯盖板后,轻柔地为新车贴上车标。

在美国,初创公司Figure不久前将其首款人形机器人Figure 01送入宝马的斯巴坦堡汽车工厂,替代人类从事一些危险的工作。

随着人工智能的迅猛发展,人形机器人不再仅仅是简单的“工具人”。大模型的应用使得人形机器人能够主动交互,成为继计算机、智能手机和新能源汽车后的又一颠覆性产品。人形机器人的每一次进步都会引发市场关注,其商业化步伐也在不断加快。

中国是这一热潮中的积极参与者。2023年10月,工信部发布了《人形机器人创新发展指导意见》,指出人形机器人集成了人工智能、高端制造和新材料等先进技术,将彻底改变人类的生活方式,重塑全球产业格局。

当前,人形机器人技术快速发展,已成为科技竞争的新焦点和经济增长的新引擎。一场全国范围内的竞赛已经展开。工信部的指导意见提出,到2025年,中国将初步建立起人形机器人创新体系;到2027年,人形机器人的创新能力显著提升,达到世界先进水平。

快速进化

在去年夏天的世界人工智能大会上,上海傅利叶智能科技有限公司发布了首款通用人形机器人。一些人工智能公司已经迫不及待地购买人形机器人来验证其AI算法。傅利叶智能通用机器人事业部总裁周斌曾表示,研发过程中已有公司购买人形机器人用于测试。

人形机器人产业因大模型的出现而迅速升温。GhatGPT的问世引发了全球范围内的“百模大战”,而具身智能被认为是人工智能发展的下一个浪潮。一个能够理解、推理并与物理世界互动的智能系统需要“肉身”,人形机器人是最佳选择。

“引入人工智能大模型,相当于给人形机器人装上了智慧大脑。”北京新鼎荣盛资本管理有限公司董事长、创始合伙人张弛说。AI的发展使市场看到了人形机器人商业化的可能性,人形机器人不仅能执行指令,还能完成实际工作,而不仅仅是展示用途。

不同于传统的工业机器人,人形机器人自诞生起就被寄予了智能化的期望——像人一样感受世界、作出决策并执行任务。1973年,日本早稻田大学推出了世界上第一台全尺寸仿人机器人WABOT-1,它可以与人交流、测量方向与距离,缓慢行走并抓取物体,相当于一岁半儿童的智力。

“日本擅长机器人的物理特性开发,而美国擅长机器人思维开发。”卡内基梅隆大学计算机科学学院教授马夏尔·赫伯特总结道。美国在人工智能领域的领先地位,得益于计算机科学和机械工程的跨学科合作,美国公司逐渐取代日本成为机器人领域的领军者。例如,2011年日本福岛核电站事故后,参与救援的机器人来自美国公司iRobot。

人形机器人要实现与物理世界的交互,必须具备感知和理解能力,这离不开AI的发展。“如果说深度学习赋予了人工智能感知能力,那么大模型则赋予了人工智能自主生成决策的能力。”张弛举例说,AI大模型的出现使人形机器人拥有了更强的工具链,理论上,只要让机器人学习足够多的数据,就能拥有类人智能,从而进行自主决策。与此同时,“多模态”能力的建立使机器人能够多线程处理信息,实现感知、决策和执行的全流程。

实际上,安装了智能大脑的人形机器人正在快速进化。谷歌实验室中的机器人基于“视觉-语言-动作”模型“RT-2”,已经能够完成“捡起灭绝动物”的指令。斯坦福大学的研究团队展示了基于Mobile ALOHA系统的机器人,可以完成烹饪、清洁桌面、按电梯等复杂任务。Figure公司的机器人Figure 01仅用10小时就能学会煮咖啡。谷歌、斯坦福、Figure和特斯拉等机构和公司相继发布了至少六项人形机器人的新进展。

“从学术界到产业界,这波人形机器人热潮很大程度上是由特斯拉带动的。”优必选董事会主席、执行董事兼行政总裁周剑说。2022年,特斯拉展示擎天柱原型机后,国内产业界迅速响应,甚至有厂商董事长上门寻求合作。到去年底,特斯拉发布的擎天柱第二代演示视频中,拥有触觉传感器和灵活手部的机器人已经能够轻拿轻放鸡蛋,似乎可以完成更多精细任务,如装配和柔性物体操作。特斯拉CEO埃隆·马斯克表示,机器人的功能将不断更新,未来三至五年,将推出可供大众消费者购买的版本。

长久以来,人形机器人难以商业化的主要原因是高昂的成本。特斯拉为机器人提供了明确的落地场景,并表示要将造价降至2万美元左右,这使产业界看到了大规模生产和商业化的可能。“人形机器人已经走到了产业化前夕。”周剑说。

这也激发了很多中国创业者的热情。

首批“先行者”

对周剑来说,二次创业选择人形机器人面临巨大挑战。

2008年,周剑在日本的一场展会上被人形机器人吸引,萌生了研发普通人负担得起的机器人念头。当时,工业机器人因制造业发展而受到关注,但服务机器人产业环境依然匮乏。让机器人动起来的关键是“伺服驱动器”,即机器人的“关节”,那时只能从韩国、日本、瑞士进口,一个关节动辄上百美元,而制造一个机器人需要十几个关节。为了实现量产和商业化,必须自主研发。

“最大的困难是没有经验可循。”周剑回忆,创业初期,研发团队拆装了各种机器人,经历了无数次试错和改进。周剑手上的2000多万元很快就花光,创业如同投入无底洞。当时,人形机器人是冷门行业,不被风投看好,缺乏市场资金支持,周剑只能靠自己,投入了第一次创业的所有积蓄,甚至卖房卖车补贴研发,最困难时甚至借钱发工资。

经过五年与伺服驱动器的研发,最终自研“关节”不仅在质量上媲美海外产品,获得多项专利,成本也降到了进口零部件的几十分之一。核心零部件的突破为优必选机器人商业化奠定了基础。2014年,优必选的第一款小型人形机器人Alpha成功量产,售价从几万元降至几千元。

为了提高研发效率,周剑选择在深圳创立公司。深圳的供应链更加完善,更容易找到符合生产要求的工厂。周剑曾粗略计算过,落户深圳后,各项零件生产效率提升至少50%,费用节省30%。优必选通过一次路演获得比亚迪联合创始人、正轩投资创始人夏佐全的投资,解决了资金难题。“从某种意义上说,市场信任深圳的企业和产业基础。”周剑说。

在周剑看来,国内完备的工业制造体系和产业链为人形机器人的量产提供了保障。人形机器人可以与工业机器人、新能源汽车等产业共享许多相似的供应链,如电池、芯片、传感器、控制器等,实现供应链的协同迁移。

首款小型机器人量产之后,周剑将目光转向更具挑战性的大型人形机器人研发。与普遍认知相反,让机器人用两腿走路比用“脑”思考更难,至今仍是世界难题。

当时,国内科研机构不乏人形机器人项目,但进度相对缓慢。北京钢铁侠科技有限公司创始人兼CEO张锐坦言,机构团队中所学专业过于接近,思维方式不够开阔,容易受到计划变动的影响。一些技术尚不成熟的前沿研发项目难以得到相应的资源支持。

大型人形机器人的研发一直被海外公司和研究机构占据。美国波士顿动力、日本本田、意大利RobotCub Consortium等公司在“人形机器人”项目上投入大量资金。相比之下,国内研发起步较晚,且主要以项目研究为导向。直到2000年,国防科技大学才研制出国内第一台仿人机器人“先行者”,到2015年北京钢铁侠科技成立,国内“双足大仿人机器人”逐渐走出实验室,试水商业。

“最大的研发困难是机器人在行走过程中随时可能跌倒。”张锐解释,核心技术难点在于步态控制、环境感知等环节构成的机器人运动脑。让机器人像人一样行走,需要单独设计算法,核心步骤是对机器人进行数学建模分析,依此计算出机械结构,再根据预设的重量、自由度等指标,分析计算出每个关节的力矩、转速。

将机器人从图纸变为现实,需要工程师和工厂反复磨合、拼装测试。周剑认为,国内在人形机器人算法研究和开发方面与国际先进水平存在差距,一些高端传感器还相对薄弱,但国内核心零部件供应链中,伺服电机、控制系统及减速器等部分零部件已经具备一定国际竞争力。“核心零部件实现国产化只是时间问题。”

前述工信部的《意见》提出,到2025年,“大脑、小脑、肢体”等关键技术取得突破,确保核心部组件安全有效供给。

在政策鼓励下,2023年11月初,北京成立了首家省级人形机器人创新中心,拟开展通用人形机器人本体原型、人形机器人通用大模型等五大重点任务攻关,法定代表人由优必选首席技术官熊友军担任,采用针对卡脖子问题“联合攻关”的模式。

“中心集合了中国人形机器人上下游制造链的重要单位,未来将共同攻克卡脖子技术,包括核心零部件、运动控制等各环节的难点,推动产业化落地。”周剑说。

商业化的“苦行”

2023年最后一个交易日,创业16年的周剑带领11岁的优必选在港交所敲锣上市,身旁是公司最新研发的工业领域人形机器人Walker S。到上市前,优必选售出超过76万台机器人,其中接近“具身智能”概念的人形机器人产品——Walker系列,两年半内仅卖出10台。

“问题是现在的人形机器人还不够智能,即便是在最被看好的汽车生产线场景中,也还无法替代既有工业机器人,更无法替代人,企业不会为‘大玩具’买单。”张弛指出,大型工厂基本被国际工业机器人四大巨头垄断,德国库卡在汽车行业拥有奔驰、宝马等核心客户,瑞士ABB的运动控制技术优势突出,日本发那科、安川在汽车制造业和电子电气行业布局广泛。

与其进工厂打工,家庭养老陪伴被认为是人形机器人最理想的落地场景。“但这是产业发展的长期目标。”张锐说,和落地工业面临的问题一样,“机器人保姆”因智能度和价格原因也无法马上量产,真正市场化还要解决客户认可度、销售渠道、法律法规、伦理等系统问题。

“现在大家看到的打招呼、简单抓取等功能,在2017年第三代人形机器人身上基本都能实现。”张锐介绍,如今钢铁侠的人形机器人已经升级到第五代,并在2021年中标国家首个机器人宇航员项目。某种程度上,这实现了张锐创业的初衷。

此前十年,美国和俄罗斯已相继将人形机器人送入太空,在空间站执行科研、维修等任务。人类长期在太空失重环境下会出现肌肉萎缩,机器人终将成为航天科技发展史上的重要一环。张锐在2015年提议研发宇航员机器人,但当时没有相关项目立项和经费,这才决心出走创业。

“并不是所有工作和环境都一定需要人形机器人。”张锐也认可,机器弥补劳动力不足是必然趋势,甚至在一些场景终将替代人,但目前市场需求并不显著,有明确需求的主要是高校科研、航空航天和军事等个别领域。

机器人的商业化探索,走过漫长的弯路。在这波由大模型和马斯克带动的产业热潮之前,国内机器人行业已经经历了两次创业高峰。最早一批本土机器人公司在上世纪90年代前后成立,最后大多演变为机器人集成商或代理,自主创新者少,即便后来有公司上市,市值规模也鲜少超过50亿元。2015年后,对标国际“工业4.0战略”,受国内利好政策鼓励,涌现了大批工业机器人公司,只有少数坚持至今。“跟风创业很难做长久,企业最终还是要解决实际问题,创造新产品。”张锐说。

声名在外的ASIMO被本田定义为最高技术代表,最终因对公司实际价值有限而在2018年被解散。张锐曾专程到日本拜访过本田ASIMO团队,人员已经被分散到其他部门,从而将研发人形机器人积累的技术复用到其他产品上,因为这更符合一家商业公司的发展逻辑。

张锐选择了与本田ASIMO相似的做法。在钢铁侠科技完成前三代机器人研发,准备进入商业化时,张锐对公司进行了成立以来规模最大的一次组织架构调整,将初期按技术分工搭建的研发团队,根据项目需求,动态抽调到不同商业化项目中。

“人形机器人是钢铁侠科技的技术源头,但我们从不把它作为唯一产品,真正带来稳定现金回报的是能满足客户需要的更实用的产品。”张锐举例,如应用于山地运输的无人驾驶车辆、可在管道内执行开采任务的机器人、面向智慧工厂的搬运机器人等产品,“目前只做企业订单,不面向大众消费者”。

人形机器人做出来,究竟卖给谁?“人形机器人产业缺少有效客户,需要国家引导几个大产业优先使用人形机器人。”张锐认为,需求端对产业发展的倒逼效果往往事半功倍。

特斯拉的擎天柱被认为是最接近商业化的产品,这得益于“前置产业”自动驾驶的技术积累。通过汽车研发,特斯拉完成了从云端到终端的全部核心软硬件的自研,已经造出了“带轮子的机器人”。即便如此,马斯克也在2023年表示,没想到人形机器人上每一个部件都需要重新研发,不得不令人对人形机器人产业保持冷静。

据张弛观察,在人形机器人这条赛道上,国内软硬件技术仍在快速发展,但目前产品不成熟,技术路线还没走通,谈补贴还为时尚早。“产业真正要思考的是,能为人形机器人买单的客户到底是谁?”

考验的是“国家投入”

当科技爱好者惊叹擎天柱熟练操作家务时,马斯克很快在社交平台发布了一条“免责声明”。他提示,擎天柱目前尚不能自主叠衣服,但将来肯定能够在任意环境中完全自主行动。

换句话说,在完成一些复杂动作时,机器人背后可能正有一个远程操控的人,就像被训练的游戏角色一样。Mobile ALOHA项目团队就曾解释过,对抓取、摆放物体等简单动作,Mobile ALOHA机器人可以在50次学习后达到90%的成功率,而对一些复杂任务,如装盘、打蛋,它依旧需要人类干预。

“应该将Mobile ALOHA看作一辆制造精良的跑车,而它仍需要人类驾驶才能表现出自己的能力。”英伟达高级科学家Jim Fan发文评价。现阶段的机器人还无法完全自主,“学习”过程也如孩童一般,花式翻车才是常态,就像Mobile ALOHA项目负责人的吐槽,“机器人还没准备好接管世界”。

在无所不能的仿真世界和处处掣肘的现实之间,还有一道由基础材料科学筑起的壁垒。“大模型目前还无法给人形机器人产业带来颠覆性改变,除非能跨越软硬件之间的鸿沟,实现数学模型和物理模型的统一。”张锐说。

“短期内人形机器人大规模产业化的条件还不成熟,需要做好长期投入的全方位准备。”张锐直言,目前人类已掌握的人形机器人技术与人体结构组成相比都很落后。随着技术的发展,现在已经用过的和即将使用的人形机器人技术,都很可能会被淘汰。“长期稳定的研发投入,也需要国家、地方政府和全社会各界的支持。”

自去年8月27日以来,监管部门持续收紧IPO,市场上一直有传闻,“亏损企业不得上市,科创板第五套上市标准暂停”。不过,硬科技公司仍可能被“开绿灯”。据21世纪经济报道,具备硬科技属性、营业收入增长的亏损企业仍可继续推进科创板上市进程,前提是市场前景明朗、技术行业领先、收入有所增长、因科研投入大而导致利润下降或亏损,且亏损程度不高,这样的企业并不多。

“投资人的退出前景不乐观,自然不敢轻易投资科技。”张弛说,基金投资周期一般3至5年,这对还处于实验室阶段的产业来说时间太短,来不及产业化落地,企业上市之路艰难。而风投资金没有稳定的退出渠道,最终只能追一些盈利快、市场确定的行业,不敢投早投小投科技,如此一来,科技项目因缺少资金而发展缓慢,又将陷入新一轮恶性循环。“说到底,要支持科技创新和产业进步,就必须解决资金的资本化问题。”

风投资金对人形机器人的兴趣也开始出现新的风向。人工智能研究室OpenAI也将真金白银投向了人形机器人。挪威的人形机器人初创企业1X Technologies在2023年3月获得了OpenAI创业基金领投的A2轮融资,金额达到2350万美元。银河证券研报指出,2024年有望成为人形机器人量产元年。

继工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》后,北京、深圳、上海先后发布产业支持政策。北京设立了100亿元规模的机器人产业基金,上海计划打造具有全球影响力的人形机器人产业高地,建设“大模型+人形机器人”协同创新平台,深圳则是借助《深圳市加快推动人工智能高质量发展高水平应用行动方案(2023—2024年)》,提出发挥粤港澳大湾区制造业优势,开展人形机器人规模化应用。

工业和信息化部副部长徐晓兰曾强调,下一步工信部将坚持顶层设计,通过指导产业创新发展、整机带动、软硬协同和生态构建,来推动中国人形机器人技术和产业的高水平发展。

在人口增长放缓、老龄化比例上升的当下,机器人帮助人解决关键问题的发展趋势已然不可阻挡。有声音甚至预测,在未来某个时刻,机器人与人类的比例可能超过1:1,机器人的数量将超过人类。“人形机器人的商业化需要场景、技术和资本的共同催化,此刻的人类世界或许正处于深远的变革期之中。”周剑说。

本文来源: 图灵汇 文章作者: 李彦宏粉丝团