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2010年,Willow Garage公司發佈了開源機器人操作系統ROS(Robot Operating System),很快,在機器人研究領域掀起了學習和使用ROS的熱潮。

過去幾年,ROS已經成為全世界範圍內具有大量用戶的大型社區。以前,很多用戶來自於實驗室,但現在,在工業和服務機器人領域越來越多的商業用戶也加入了進來。

ROS成功帶動了機器人領域的蓬勃發展。與ROS開源類似的故事也發生在了足式機器人身上。

2018-2019年,隨著波士頓動力機器狗的聲名鵲起,MIT仿生機器人實驗室開始逐步開源MIT Cheetah MINI四足機器人,內容涵蓋主控代碼、電機驅動代碼、控制板電路原理圖、材料清單、本體結構設計圖等。(所以不要再謠傳是波士頓動力開源啦!)

隨後,一大批後起之秀成立。技術實力迅速提升,催生行業蓬勃發展,相關硬件供應鏈快速成熟。這又使得更多的實驗室技術和創業想法能更快落地驗證,最終形成行業發展的正向循環。

當然,技術要想從實驗室裡出圈,還得靠這個叫伊隆·馬斯克的男人。航空如此,腦機接口如此,機器人也如此。

2022年10月1日,特斯拉在其AI日中展示了雙足機器人擎天柱Optimus,在活動現場Optimus行走並向人群揮手。另外,特斯拉展示了Optimus搬運箱子、為植物澆水、在汽車工廠中移動金屬棒的視頻。

於是,這個在大多數人認知中還停留在波士頓動力身上的技術,終於宣佈“出道”了。

01.足式機器人是機器人

全地形移動的最佳平臺

先說結論:足式機器人,是機器人全地形移動的最佳平臺。

為什麼我們會有這個結論?讓我們先來複習一下足式機器人的定義:

“具有足部結構,能根據不同地形自動改變形態的移動機器人。地形適應能力極強,能在複雜路面行走,完成奔跑、爬樓梯、跳躍等多種複雜動作。”

其實,現實世界的多數地形都是為了人能順利通行而修建的,人進化出足也是為了適應在多數地形的移動需求,所以與人類相仿的足式,是機器人的終極移動形態,能覆蓋人類社會絕大多數地形場景。

這裡的足式機器人,包括雙足、四足等多種足式形態。


而輪式等其他移動機器人,更適合在車輛通行的鋪裝道路上移動,佔移動需求的較小部分。

對了,再來複習下什麼是移動平臺:

這來源於軍事概念“武器平臺”。指武器系統中具有運載功能,可作為武器依託的載體部分。可分為地面、海上、空中機動平臺等。

其實,人們對足式機器人的終極期望,就是使其成為全地形移動平臺,也就是說足式機器人只是個載體,根據搭載“武器”不同,完成不同應用需求:比如家庭服務(搭載清潔用具)、運輸(搭載貨框)、巡檢(搭載激光雷達)等。


履帶平臺 (+炮塔)坦克 (+高射炮)自行高炮


四足平臺 (+機械臂)抓取機器人 (+激光雷達)巡檢機器人

因此,相比輪式、履帶式機器人,足式機器人地形適應能力最優秀,最有可能作為全地形移動平臺,進入人類生活。

波士頓動力是足式機器人領域的代表公司。創始人Marc Raibert,自1980年在CMU創立CMU Leg Lab起,就一直從事足式機器人的相關研究,1986年在MIT創立MIT Leg Lab,直到1992年創立波士頓動力,有著全球最早、至今技術最成熟的足式機器人研發實力。

如今,波士頓動力已經被公認為足式機器人行業“最強”技術公司,但就算強大如波士頓動力,依然沒有“完全解決”樓梯等複雜地形。

足式機器人距離成熟穩定的應用還有距離。就連Marc Raibert也承認:大家看到的各種機器人後空翻之類的酷炫視頻,都是百裡挑一的,可能一百次裡面成功一次。

這也導致技術這麼強的足式機器人公司,卻在2013、2017、2020年經歷三次收購,先後被谷歌、軟銀、韓國現代汽車收購,估值從30億美元降至11億美元。

在昆仲看來,波士頓動力“不斷賣身”有以下三大原因:

(1)長期維持燒錢境況:公司以實驗室模式運營,研發投入大,離終極目標(成為移動平臺覆蓋所有場景)遠,(記者採訪多位前員工瞭解到)公司長期無視商業需求,不願在過程中深耕具體場景以商業變現,直到2019年才開始商業銷售SpotMini。

(2)商業價值低:技術很強,拍的視頻很超前、酷炫,但因未深耕具體商用場景,對企業痛點把握不足,在具體場景的穩定性不足,成本和價格高(7.5萬美元),商業價值偏低。

(3)股東訴求和公司訴求出現矛盾:谷歌對波士頓動力的軍用合同十分敏感,負責谷歌機器人部門的安卓之父Rubin走後,矛盾愈發激化。谷歌希望其做消費級機器人,遭到波士頓動力拒絕。軟銀則在20年為紓困再次變賣波士頓動力。

從波士頓動力的起伏中,帶給中國足式機器人創業者的啟示是:

(1) 商業上:不做實驗室型公司,重視技術變現,探索技術變現路徑。實際上,波士頓動力已逐漸轉變姿態,在工業巡檢等ToB領域率先落地,取得了不錯的商業進展。

(2) 技術上:重視運動控制能力的研發,不斷迭代對不同地形的覆蓋能力,有能力在更多場景落地。

但波士頓動力的浮沉,不代表足式機器人是偽需求。

從需求端看,人類社會是否有全地形移動平臺的需求?答案是肯定的。

從供給端看,現有技術尚未能滿足人類的實際需求,波士頓動力等公司通過技術的不斷迭代,帶給人們一次又一次對未來應用的幻想,作為一家成立30年的公司,經歷幻想破滅和商業浮沉是再正常不過的事。

02.現在是好的切入時點嗎?

2018年MIT開源事件後,足式機器人創業公司如雨後春筍,催生產業鏈和硬件技術飛速發展,現已趨於成熟,但運動控制、AI應用等軟件層面的核心難題,仍是足式機器人產品商業落地的頭號攔路虎。

運動控制算法是各家足式機器人角逐全球首個全地形移動平臺的關鍵,原因有二:

(1)運動控制能力體現在機器人的地形適應能力、場景覆蓋能力,這是足式機器人區別於輪式、履帶式機器人的最關鍵能力。

(2)在硬件趨同、供應鏈共用的情況下,運動控制算法是各家機器人公司的獨門密器,對產品的運動控制能力起決定作用。

優異的運動控制能力是業內極少數公司才擁有的稀缺品:運動控制算法涉及多剛體動力學、非線性控制、機器視覺等多門前沿學科,是尚有較多未知領域的半成熟科研產物,波士頓動力背後是MIT,ANYbotics背後是ETH Zurich,這不是普通業界工程師可覆蓋的領域。

舉個例子:SpotMini一個簡單的開門動作,展現了波士頓動力世界頂級的運動控制能力。每次受力點、重心、力矩都不一樣的,需要一個接近完美的動力學模型,並實時計算調整。

03.足式機器人的商業化路徑

我們把足式機器人的商業化路徑分成三個時期:

初期:足式機器人從工業巡檢等ToB封閉場景切入,成為應用於工業巡檢的特種機器人。先解決封閉場景下針對已知地形的運動控制能力,再談適應不同開放場景未知地形的AI泛化能力。時至今日,包括波士頓動力在內的頭部企業,也仍在工業巡檢等固定場景下打磨技術。

中期:足式機器人從工業巡檢等場景,逐步延伸至各類ToB半開放、ToC開放場景,例如救災、立體物流配送、家庭服務等。產品定位從特種機器人,拓展至全地形移動平臺,賦能下游的集成商/應用型機器人公司,合作開拓各類場景。


終局:雙足人形機器人,足式機器人將結合機械臂,從四足進化為雙臂雙足,賦能立體場景。

昆仲由以下兩個重要結論,推演得出雙足人形機器人的終局:

結論一:足式平臺是機械臂應用於移動平臺的最優選擇

對足運動的精準控制,可改變機器人重心,顯著提升了機械臂負載自重比,從而減少了對機械臂的負載要求,進而減輕了平臺所揹負的機械臂自重,提升了機器人的運動能力,降低成本。

波士頓動力的機械臂方案,負載自重比已超過1(5-8kg自重,負載10kg),業界僅此一家。

結論二:足式機器人一定會進化為雙足人形機器人

正如前文所述,機器人需要去到所有人能去到的場景,才能與人類共生,這是十分明確的產品需求。

與人類相仿的雙足,就是機器人的終極移動形態。未來輕量機械臂+足式移動平臺=可靈活替人的機器人勞動力。

但從技術供給看,著地的足越少,對運動控制能力的要求越高,因此和人類一樣,機器人也需要實現從四足到雙足的進化,現階段足式機器人以四足為主,雙足仍在萌芽期。

本文由昆仲資本原創,作者鄧喜耕,編輯獅刀。



原文連結:https://inewsdb.com/其他/特斯拉發佈擎天柱:為什麼足式機器人才是未/

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