从上市敲锣到工业制造,人形机器人的大时代正在来临

2024-01-02 16:40

  具有高层次能力的人形机器人,不可能是一蹴而就就造出来的,也是需要经过多次迭代,才能实现。未来,人形机器人的进化还会进一步拓展至情感理解与表达、创造性内容生成、主动完成新任务等。

  实际上,自2013年起,中国就已经是全球工业机器人最大市场,但制造业工业机器人密度仍然很低,一方面,国内工业机器人市场仍有巨大潜力;另一方面,在服务机器人领域,市场潜力还远没有发掘出来。能够适应非结构化环境,主动决策、完成相应作业任务的人形机器人,正如优必选的Walker系列一样,在工业与服务业领域的应用也才刚刚开始。

  优必选的招股书提到,其拥有超过30个产品系列;截至2023年6月30日,优必选已服务全球50多个国家和地区,拥有900多家企业客户,并已售出超76万台机器人。

  几十万台机器人,远不是天花板。高盛就预计,到2035年,人形机器人的市场规模预计将达到1540亿美元。

  特别是中国的制造业还在快速发展,经济结构依然再向高端转型,中国的产业体量优势、产业高端化趋势,没有国家能够替代。而随着我国进入老龄化社会,医疗、护理和康复的需求增加,无论工业还是服务领域,都将给人形机器人的发展展示出广阔的应用前景。

  当然,过去,如本田ASIMO等人形机器人的落地并不成功,也有人怀疑,现在依然不是发展人形机器人的好时期。

  “种一棵树最好的时间是十年前,其次是现在”,对于人形机器人产业来说,就算十年前不是最好的时间,现在也依然是最好的时间。

  如果说20世纪八九十年代的研究因为太过早期,研究者过于领先时代成为了牺牲的“先烈”;但在人形机器人研究中心已经转移到中国来的现在,还保持着避免过早投入的“刻舟求剑”思维,大概率就要错过人形机器人的新一波发展红利了。

  同时,政府的支持和良好的政策环境也为人形机器人产业的发展注入了强大的动力。

  今年10月,工业和信息化部印发《人形机器人创新发展指导意见》,将人形机器人定位为“集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术,有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品,将深刻变革人类生产生活方式,重塑全球产业发展格局”,更是对人形机器人产业未来丰富落地场景的高瞻远瞩。

  意见还计划到2025年初步建立人形机器人创新体系,培育2到3家有全球影响力的生态型企业和一批专精特新中小企业;2027年综合实力达到世界先进水平,成为重要的经济增长新引擎。

  11月2日,北京人形机器人创新中心有限公司在经开区机器人创新产业园正式成立,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5大重点任务攻关。这是全国首家省级人形机器人创新中心,北京小米机器人技术有限公司、北京优必选智能机器人有限公司、北京京城机电产业投资有限公司共同持股,法定代表人为优必选CTO熊友军。

  政策层面对于人形机器人产业的重视,已经是明牌。

  在相关政策与产业需求的推动下,人形机器人的产业链上下游以及各细分领域已经浮出水面,比如,最近六维传感器、Peek材料等人形机器人产业链概念,就吸引了不少关注。优必选作为全球人形机器人行业的极少数市场参与者之一,也引领了更多产业相关方和意向方的入局。

  在上市当天举办的公司年会上,回顾完公司11年的发展历程后,周剑提到,相信在人形机器人的长征路上,优必选一定会走到最后,取得最终的胜利和辉煌。作为国内人形机器人的领军企业,优必选也有望在中国人形机器人产业爆发期中扮演重要的角色。

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  人形机器人:

  更通用的形态,更广阔的前景

  机器要想在人类环境中具备更大的通过性与通用性,人形设计是绕不过去的槛。

  在当前的场景和技术下,完成每种工作都还需要去开发特定的机器人。未来,行业希望有一种机器人可以完成尽可能多的任务,通用人形机器人就是公认的最好形态。

  例如,面向恶劣条件、危险场景作业等特种环境需求,人形机器人被看好大有用武之地;技术上,待强化复杂环境下本体控制、快速移动、精确感知等能力后,便能提供更可靠人形机器人解决方案,以降低相关作业由人作业产生的危险性。

  这也决定了,人形机器人是机器人产业“皇冠上的明珠”。一台成熟的人形机器人产品,不仅涉及传感器、自动控制、仿生学等多门学科,还需要包括人工智能、大模型等技术,几乎代表了当今世界智能装备的最高技术水平。

  实际上,单单是制造一个可以行走的机器人,就不是一件容易的挑战。人形机器人在行走、奔跑时需要克服三个主要障碍:较高的反作用力;向前跳跃时的滑倒可能;以及腿部更快运动还会产生反作用于躯干的旋转力。

  如何增强机器人全身协调的身体稳定性,如何协调机器人的手臂和上半身抵抗行走或者奔跑时双足产生的旋转力,如何进一步提高运动速度并保持机器人手臂和整个身体的灵巧性?都是需要长期研发的课题。

  人形机器人作为机器人的一个子集,一般来说具有双足设计、功能性手臂和“手”、躯干和头部,全身自由度和手臂、手的自由度更高,能做更多复杂动作。当然,特殊情况下,人形机器人也可以有适当的变化,比如“人腿”也可以改为“膝盖”朝后的鸵鸟的腿(如Agility 研发的腿式机器人),双足的结构可以根据不同场景再做适配。

  双足机器人的动态行走过程是一种包含非线性微分方程(连续运动)和代数方程(碰撞过程)的脉冲混合系统。实际的脉冲推力的形式更为复杂,有研究者就发现,在水平地面上行走的双足机器人,具有两种可行的运动切换模式(两相步态和三相步态)。

  那行走和跳跃,哪个更省力?很多时候,生物学会发现一些我们可能违背我们常识的判断。

  有研究者就发现,跳跃,是四五岁儿童期短暂出现的一种步态,而这可能是低体重或者低重力条件下的一种更自然的步态选择。为什么阿波罗任务的宇航员们在月球上更喜欢跳跃而不是步行?因为月球上较低的重力,让他们又恢复了四五岁儿童期的步态习惯。

  研究者发现,在弹跳步态中将小跑与疾驰(四足动物),跑步与跳跃(两足动物)分开,进行能量曲线分析发现,在某些限定重量下,两足动物的跳跃步态反而具有效率更高的能量消耗。

  正因为此,人形机器人的姿态控制绝不是一件易事。甚至身高、体重稍有变化,姿态控制系统就会发生根本性变化,而人类的行走之所以更加自然,也是从儿童到成年人足够长时间的神经控制系统演化与体重自然变化下足够的训练适应时间。

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