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(diǎn)石成金”的魔力，從智能電動(dòng)車(chē)到 SpaceX 和星鏈無(wú)一例外。

　　人形機器人能否接棒成為下一個(gè)產(chǎn)業(yè)風(fēng)口?引起了國內智能產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注和討論。

　　人形機器人也稱(chēng)仿人機器人，顧名思義，是指具有類(lèi)人的外觀(guān)、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(huà)、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(gè)相當高技術(shù)、高投入的綜合性領(lǐng)域，從日本阿西莫到波士頓動(dòng)力阿特拉斯，每一個(gè)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(wú)疑為產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新轉機。

　　當下，人形機器人發(fā)展情況如何?又會(huì )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(wèn)題進(jìn)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，是國內首家實(shí)現人形機器人商業(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(guò)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(lái)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(gè)身著(zhù)白衣、頭戴黑面紗的真人扮演的機器人登場(chǎng)，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(gè)特斯拉機器人就要正式亮相。

　　根據預告，特斯拉機器人的身材苗條，身高約 172cm，重量?jì)H 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(lái)則進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，做飯、修剪草坪、照顧老人。

　　在今年 4 月一次采訪(fǎng)中，馬斯克直接透露，特斯拉機器人預計售價(jià) 2.5 萬(wàn)美元(約合人民幣 17 萬(wàn)元左右)，可能比特斯拉汽車(chē)便宜得多。

　　“馬斯克做的事情大都很宏大長(cháng)遠，并且在科技難度、維度上是有上升的，也往往是一個(gè)國家科技部、產(chǎn)業(yè)部布局的方向。發(fā)達國家缺乏勞動(dòng)力，馬斯克是對發(fā)展中國家這種豐富勞動(dòng)力的一種對標。”付春江告訴智東西，“類(lèi)似于 1981 年 IBM 推出世界上第一臺個(gè)人電腦，將電腦從政府軍工市場(chǎng)推向消費市場(chǎng)，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(cháng)期以來(lái)期待人形機器人達到更高的智能水平。為了滿(mǎn)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(jìn)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。

　　根據特斯拉的預告，特斯拉機器人內部搭載 40 個(gè)電機，雙腿內含力量感應裝置，移動(dòng)速度可達 8 公里/小時(shí)，可負重 20 公斤的物品。

　　視覺(jué)和大腦是人形機器人的關(guān)鍵系統。按照預告，特斯拉機器人將基于特斯拉的 FSD(完全自動(dòng)駕駛)的計算機模組和方案，面部采用了八個(gè) Autopilot 的攝像頭，最遠監測距離可達 250 米;“大腦”運用了特斯拉的超級計算機系統 Dojo，通過(guò) AI 大數據進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )訓練，其核心是算力極強、帶寬超高的“D1”芯片，25 個(gè)芯片組成一個(gè)訓練單元，算力可達 9 千萬(wàn)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(shí)現較大改進(jìn)。

　　特拉斯造人形機器人或許要追溯到四年前，彼時(shí)，馬斯克談及了其工廠(chǎng)“過(guò)于依賴(lài)機器人”。比如，2018 年時(shí)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(cháng)拾取絨毛，造成產(chǎn)品線(xiàn)常常失靈。

　　卡內基梅隆大學(xué)機械工程教授 Aaron Johnson 說(shuō)，絨毛機器人是“一個(gè)有趣的例子”，它充分說(shuō)明了一點(diǎn)，即自主性很難推廣，看似簡(jiǎn)單的處理柔軟的絨毛材料的任務(wù)會(huì )遇到巨大的問(wèn)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)雇傭了數百個(gè)專(zhuān)門(mén)為生產(chǎn)汽車(chē)而設計的機器人，但有不少任務(wù)機器人表現遠不如人類(lèi)。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(jìn)人形機器人的產(chǎn)業(yè)化落地向前進(jìn)一大步。

　　根據公開(kāi)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(gè)職位，包括設計“驅動(dòng)器”等機器人關(guān)鍵部件的工作。

　　其中一份招聘啟事稱(chēng)：“你編寫(xiě)的高質(zhì)量代碼將在全球數百萬(wàn)人形機器人上長(cháng)期運行。”此事透露出來(lái)馬斯克將要部署數百萬(wàn)臺的人形機器人，足以看出其對人形機器人領(lǐng)域的野心和他強大的行動(dòng)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(jìn)人形機器人走向廣大消費者。

　　二、價(jià)格低于一輛汽車(chē)，背后是三大技術(shù)流派融合

　　售價(jià) 2.5 萬(wàn)美元，約合人民幣 17 萬(wàn)元左右，特斯拉機器人的預告定價(jià)幾乎低于一輛車(chē)的水平。有傳言稱(chēng)，這一價(jià)格最早在 2023 年投入生產(chǎn)就能實(shí)現。

　　對此，付春江判斷在 2025~2030 年之間，達成這個(gè)價(jià)格的可能性還比較小。

　　人形機器人是一個(gè)高技術(shù)、綜合性工程，對比市面上熱門(mén)的四足機器人來(lái)看——人形機器人基本上有四十個(gè)以上的關(guān)節，四足機器人可能只有八個(gè)關(guān)節;人形機器人到現在為止還沒(méi)有全面開(kāi)源，四足機器人有相關(guān)的開(kāi)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玩家的游戲?？梢钥吹?，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(guò) 20 多年的發(fā)展后，仍未商業(yè)化。通用汽車(chē)和美國宇航局攜手開(kāi)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(xué)習人體結構，主要涉及人體骨骼系統、人體肌肉系統、大腦和神經(jīng)系統三個(gè)層次。付春江說(shuō)，目前，機器人大多停留在對人體骨骼系統的簡(jiǎn)單模仿上;人體肌肉系統涉及驅動(dòng)，當下主要用舵機，未來(lái)可能會(huì )用柔性仿人肌肉的方式;在控制領(lǐng)域，人形機器人對大腦和神經(jīng)系統有很多借鑒，但目前仍是一個(gè)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(shí)，日本早稻田大學(xué)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(kāi)啟系統高度集成人形機器人的新時(shí)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(shí)最高水平。進(jìn)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(dòng)力發(fā)布 Atlas 則開(kāi)啟了一個(gè)新時(shí)代。其采用液壓控制，將高動(dòng)態(tài)運動(dòng)推向極致，單腳站立、碎石行走都不成問(wèn)題。2020 年至今更是不斷推出三級跳、前滾翻、倒立等高難度動(dòng)作。

　　技術(shù)的發(fā)展往往有一個(gè)從特殊到一般的過(guò)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(lái)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(jiǎn)化解析模型控制方法，快速分解各種動(dòng)作及動(dòng)作組合，支持人形機器人運動(dòng)。在算力受限時(shí)代，這一方法能快速實(shí)時(shí)地處理任務(wù)。

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

　　3、硬件剛柔混合配合學(xué)習算法。典型代表是美國敏捷動(dòng)力公司，它沒(méi)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(guò)串并聯(lián)、硬柔軟這種混合結構實(shí)現控制。

　　付春江告訴我們，現在人形機器人技術(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)驅動(dòng)力。

　　根據業(yè)界推測，特斯拉推出的人形機器人或許會(huì )用一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )搭建一個(gè)統一架構，一統視覺(jué)感知、認知乃至運動(dòng)控制系統，并依托大算力及智能電動(dòng)車(chē)中積累的視覺(jué)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(xué)習或者仿真解決一下場(chǎng)景化的問(wèn)題，從而取得比較好的結果。

　　也就是說(shuō)，特斯拉將可能推出一款將過(guò)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(xué)人類(lèi)系統工程學(xué)教授 Nancy Cooke 認為，要想成功，特斯拉需要讓機器人完成多種無(wú)腳本的動(dòng)作。在沒(méi)有明確指示的情況下，人形機器人很難在現實(shí)中自由走動(dòng)。但特斯拉可以利用其在人工智能和關(guān)鍵芯片方面的專(zhuān)長(cháng)，大規模開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本更低的智能人形機器人，促進(jìn)人形機器人的商品化。

　　付春江也有類(lèi)似的期待，特斯拉開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛所積累的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )經(jīng)驗及架構、AI 算法、數據，可以遷移到人形機器人上。“與機器人相比，自動(dòng)駕駛處理的任務(wù)對實(shí)時(shí)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(wèn)題時(shí)如何將過(guò)去的架構做調整，這是令人好奇的。”

　　“特斯拉有能力在短時(shí)間內建一個(gè)大規模的開(kāi)發(fā)團隊，在動(dòng)作多樣性上加大開(kāi)發(fā)，在算力上加大投入。同時(shí)，特斯拉在開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車(chē)時(shí)開(kāi)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(dòng)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，特斯拉在航天衛星積累下來(lái)的材料優(yōu)勢也可以用于人形機器人。”

　　也就是說(shuō)，除了技術(shù)路線(xiàn)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、國內產(chǎn)業(yè)鏈或迎來(lái)“春天”，人形機器人仍面臨四大挑戰

　　“特斯拉、戴森等巨頭的入局，對人形機器人產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大利好。”付春江告訴智東西，“我們知道，過(guò)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(jià)問(wèn)題也是一個(gè)難點(diǎn)。特斯拉等大型企業(yè)進(jìn)來(lái)，有望通過(guò)造幾十萬(wàn)臺上百萬(wàn)臺量級的機器人，大大帶動(dòng)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、結構件、電池、傳感器、機器人殼體等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節。以人形機器人關(guān)節為例，數量多達 25-50 個(gè)，成本占比高達整機的 50%。電機作為關(guān)節里的核心驅動(dòng)部件，影響關(guān)節的輸出力大小和運動(dòng)性能。根據中信建投報告，人形機器人規模量產(chǎn)有望帶動(dòng)電機需求快速爆發(fā)，新增電機市場(chǎng)規模有望近千億元，這勢必促進(jìn)國內廠(chǎng)商生產(chǎn)更加物美價(jià)廉的產(chǎn)品。

　　實(shí)際上，面對人形機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)大融合趨勢，國內公司和科研人才也在國內看到了產(chǎn)業(yè)新機會(huì )?？礈蕠鴥冉?jīng)濟實(shí)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，現在我們想找一個(gè)什么前沿技術(shù)，在國內基本都能找到。同時(shí)，國內也有大量的人才資源，各個(gè)門(mén)類(lèi)的人才能撐起創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”付春江說(shuō)。在過(guò)去 10 年的研究生涯中，付春江主要圍繞人形機器人的穩定性、運動(dòng)的魯棒性，以及環(huán)境適應性、動(dòng)作多樣性展開(kāi)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動(dòng)器、機械傳動(dòng)、運動(dòng)規劃與控制、計算機視覺(jué)與感知、智能語(yǔ)音交互、SLAM 與導航、人機交互和手眼協(xié)調等核心技術(shù)，同時(shí)推出了機器人操作系統應用框架 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(huì )中國館累計工作超過(guò) 1200 個(gè)小時(shí)，完成了 1000 個(gè)場(chǎng)次的接待任務(wù)。

　　付春江透露，優(yōu)必選科技持續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)結構、整機優(yōu)化、降低成本上下功夫。

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

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

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

　　動(dòng)作泛化是另一大人形機器人產(chǎn)品需要攻克的難題，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(lái)看，一個(gè)方案是像波士頓動(dòng)力一樣建立足夠大的庫，調用各種動(dòng)作;另一個(gè)方案則是取決于大型通用 AI 的發(fā)展，通過(guò)通用 AI 讓機器人識別任務(wù)，實(shí)現各種動(dòng)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(gè)是通用 AI 技術(shù)的發(fā)展，另一個(gè)還要回歸到成本。

　　人形機器人成本何時(shí)能降到接近一輛車(chē)的價(jià)格?這決定其是否能真正進(jìn)入家庭。目前，大多數知名人形機器人產(chǎn)品的成本均在 100 萬(wàn)元以上。優(yōu)必選是國內首家將硬件成本降至 10 萬(wàn)美元/臺的公司，但付春江認為，近年有望繼續降到 5 萬(wàn)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、電機結構件等，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構件等。付春江談道，隨著(zhù)量產(chǎn)，人形機器人的整機結構件和舵機成本將大大降低，結構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(shí)現的。

　　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(gè)人、一個(gè)團隊能做好的事，因此需要覆蓋產(chǎn)學(xué)研的生態(tài)合作，在技術(shù)、資金、實(shí)驗平臺、基礎接口等方面都需要進(jìn)行合作，以避免重復造輪子。”

　　結語(yǔ)：搶灘人形機器人賽道，考驗長(cháng)期技術(shù)積累

　　讓人形機器人來(lái)幫我們做重復、單調、危險的工作，是人類(lèi)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，人形機器人在半結構化場(chǎng)景將對一些工作崗位進(jìn)行輔助;2030 年，能對很多崗位的人力進(jìn)行替代，讓人們解放出來(lái)去做有創(chuàng )造性、感興趣的事情。”付春江說(shuō)。

　　當下，隨著(zhù)我國經(jīng)濟實(shí)力、科研實(shí)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化的工程，這需要企業(yè)具備綜合科技硬實(shí)力，也需要整個(gè)生態(tài)匯聚力量，甚至由國家推動(dòng)，堅持通過(guò)長(cháng)期研發(fā)解決成本、通用智能等方面的關(guān)鍵問(wèn)題。
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