巨大的潛在市場需求牽引以及人工智能技術深度賦能 的帶動下,人形機器人已進入技術集中突破和應用初步試水的關鍵發展時期。
身著大花棉襖的機器人,時而變換整齊的隊形,時而歡快地扭起秧歌,模樣活潑又逗趣。當它們讓紅彤彤的手絹在指尖飛速旋轉起來時,屏幕前的觀眾們不禁驚呼起來:“這是怎么做到的?”
在蛇年總臺春晚中,16個會扭秧歌、轉手絹的人形機器人“萌物”吸睛無數。它們現身由張藝謀導演、宇樹科技支持的創意融合舞蹈節目《秧BOT》,成為大眾熱議的“顯眼包”。
這并非機器人產品首次登上春晚舞臺。20年前,來自日本索尼公司的人形機器人就曾伴在劉德華身邊亮相央視春晚。多年過去,在舞臺上載歌載舞的機器人已經換成了本土機器人“新勢力”,并且從 “配角”晉升為“主角”。
從想象走進現實,人形機器人走過了一條不平凡的成“人”之路。隨著人形機器人產業跑出“加速度”,人工智能距離普羅大眾的生活也越來越近。
創意融合舞蹈《秧BOT》讓觀眾耳目一新。圖 /@ 宇樹王興興
從實驗室到實際應用的飛躍
2016年,年僅26歲的王興興創立了杭州宇樹科技有限公司(以下簡稱宇樹科技)。成立僅一年后,宇樹科技便推出了首款產品——XDog。實際上,XDog是王興興在上海大學攻讀機械工程專業碩士研究生期間設計研發的成果,它也是全球首臺采用外轉子無刷電機驅動的小型、高性能且低成本的四足機器人(機器狗)。
在創業初期,機器狗成為宇樹科技的起家產品。自XDog之后,宇樹科技不斷創新研發,陸續推出了Laikago、AlienGo、A1、Go1、B1等一系列機器狗產品。2023年初,宇樹科技正式立項人形機器人產品,并于同年8月推出首款通用人形機器人產品——宇樹H1。如今, 機器狗和通用人形機器人已成為宇樹科技的兩大核心產品系列。
宇樹H1身高1.8米,體重47公斤,于2023年在北京世界機器人大會上首次露面。同年10月,宇樹科技完成H1系列的首批商業化小批量交付。2024年,宇樹H1在英偉達GTC大會上展示了自身的新技術,參演了張藝謀導演的《澳門2049》長期駐場舞臺劇。在蛇年總臺春晚上進行表演的機器人則是宇樹H1“福兮”,其名稱諧音“伏羲”,寓意著科技帶來的美好祝福。
僅1歲半的宇樹H1在春晚舞臺上大放異彩的背后,是本土人形機器人產業近年來取得的長足進步。根據中國信息通信研究院(以下簡稱中國信通院)發布的《人形機器人產業發展研究報告(2024年)》,歷經多年發展及技術迭代,在巨大的潛在市場需求牽引以及人工智能 技術深度賦能的帶動下,人形機器人已進入技術集中突破和應用初步試水的關鍵發展時期。
人形機器人是指形狀及尺寸與人體類似,能夠模仿人類形態和行為的機器人。作為人工智能、機械工程、電子工程等領域融合創新的“集大成者”,人形機器人被視為機器人產業“皇冠上的明珠”。
在人形機器人的制造領域,人類已歷經百年探索。1893年,加拿大人喬治·摩爾設計出一款以蒸汽為動力、能夠行走的機器。1927年,美國西屋公司的電器工程師羅恩·溫斯利(Ron Wensley)發明了世界上第一臺電動人形機器人“Herbert Televox”。早期的人形機器人既無智能,實用性也欠佳。在20世紀五六十年代,盡管人形機器人迎來了一波發展熱潮,但在工業領域發揮顯著作用的非人形機器人反而更受關注。直到1973年,日本早稻田大學發布了“WABOT-1”,人形機器人實現智能方面“零的突破”,從此邁入“智能時代”。
20世紀中葉,系統論、控制論和信息論這三門系統理論分支學科的誕生,有力地推動了信息產業的飛速發展。依據控制論的觀點,非生命體若要像生命體一樣具備智能,關鍵在于擁有與生命體相同的對周圍復雜環境 進行感知和反應的能力,這至少需要包含三個要素:感覺要素、運動要素和思考要素。從這個層面來講,無需操控員控制就能完成工作,還可以根據視覺、聽覺以及觸覺來感知周圍情況并自行調整動作的WABOT-1,是真正意義上具有智能的機器人。
20世紀90年代末,人形機器人再度進入大眾的視野。1997年,本田公司推出P3人形機器人,2000年又進一步推出阿西莫(ASIMO)機器人。阿西莫在性能上有了極大提升,一度風光無限,甚至還前往紐約證券交易所成為第一位非人類敲鐘人。然而,由于成本過高,其在2018年就停止了研發。雖然阿西莫在商業化方面并不成功,但它卻向人們展示出人形機器人的無限潛力。
自上世紀80年代起,我國的科研院校也開始開展人形機器人的研發工作。1990年,中國人民解放軍國防科技大學研制出我國首臺兩足步行機器人;2000年,該校又獨立研制出我國第一臺具有人類外形、能模擬人類基本動作的人形機器人。進入新世紀,我國人形機器人行業從大學實驗室邁向了產業化、市場化應用階段。
2012年,深圳市優必選科技股份有限公司(以下簡稱優必選)成立。兩年后,優必選成功研發并生產出首款小型人形機器人Alpha。2016年,540臺Alpha 1S機器人在當年央視春晚廣東分會場登臺表演,入選了吉尼斯世界紀錄。2023年末,優必選在港交所掛牌上市,成為“人形機器人第一股”,敲鑼儀式則由優必選工業機器人Walker S完成。
業界普遍認為,中國人形機器人產業到目前為止共經歷了三個發展階段:2000年至2016年為蹣跚起步階段;2017年至2022年走向成熟階段;2023年至今迎來全面爆發期。
2022年8月,小米公司發布全尺寸人形仿生機器人“CyberOne”,是人形機器人產業大爆發前夜的亮點之一。2023年以來,國內涌現出一批人形機器人初創企業,如智元機器人、星動紀元、鏡識科技等。同時,多家科技龍頭企業也紛紛入局,包括華為、科大訊飛、小米、小鵬等。企查查數據顯示,國內現存機器人相關企業80.84萬家。近十年,相關企業注冊量持續增長,2024年全年注冊18.88萬家相關企業,創下近十年注冊量新高。另有數據表明,截至2024年,國內外通用人形機器人整機企業約有150家,其中國內超過80家。
政策的支持、技術的進步、商業場景的拓展以及資本市場的熱烈反應等因素,極大地增強了行業信心。2024年因此被稱為“人形機器人商業化元年”,而有業內人士認為,人形機器人將于2025年迎來“量產元年”。
“遛”機器人,吸引了觀眾的目光。圖 / 王欣
中國“智”造,“卷”起來
據宇樹科技介紹,在正式登上蛇年春晚舞臺之前,機器人們進行了約3個月的排練。憑借高精度3D激光SLAM自主定位與導航技術、多智能體協同規劃技術以及先進的組網方案等高科技手段,它們在舞臺上實現了步伐穩健、動作整齊。其強大的集群協同控制系統,更讓它們能夠靈活應對各種突發情況。
AI驅動的全身運動控制技術是宇樹H1的“秘密武器”。H1作為全球首款能夠完成原地空翻的全尺寸電驅人形機器人,最大關節扭矩可達360N·m。此外,H1還配備了360°全景深度感知技術,能夠清晰地感知周圍環境。借助AI算法,它不僅可以精準地跟隨節奏,還能敏銳地感知音樂情緒的變化,跳出更具韻律感和藝術感染力的舞蹈。而它們轉手絹、飛手絹的速度和花樣比人類演員更勝一籌,是因為機器人腕部電機搭載了創新拋放線機構。
人形機器人產業近年來呈現出爆發式增長態勢,這主要得益于相關技術的持續進步。2023年11月,工業和信息化部印發《人形機器人創新發展指導意見》,明確指出了人形機器人的重點攻關技術方向:開發基于人工智能大模型的機器人“大腦”以及機器人“小腦”關鍵技術群,突破“機器肢”“機器體”關鍵技術群,由此可見人形機器人技術的復雜性。
具體來講,開發機器人“大腦”,就是基于AI大模型來增強人形機器人的環境感知、行為控制以及人機交互能力,并推動云端和邊緣端智能的協同部署等;開發機器人“小腦”,意味著搭建運動控制算法庫,構建網絡控制系統架構等;開發“機器肢”,即打造仿人機械臂、靈巧手和腿足,這需要突破輕量化與剛柔耦合設計、全身協調運動控制、手臂動態抓取靈巧作業等技術;開發“機器體”,則是要突破輕量化骨骼、高強度本體結構、高精度傳感等技術,研發高集成、長續航的人形機器人動力單元與能源管理技術。此外,還需構建完善的人形機器人制造業技術創新體系,加速人形機器人與元宇宙、腦機接口等前沿技術的融合,探索跨學科、跨領域的創新模式。
人形機器人是具身智能的最佳體現形式。在北京郵電大學人機交互與認知工程實驗室主任劉偉看來,人形機器人目前面臨著伺服控制、人工智能、運動控制這三大關鍵技術挑戰,進一步細分,還涉及動力和能源管理、機械設計和運動控制、感知與感知處理、智能決策與規劃、人機交互與安全性、成本和可用性等方面的挑戰。
在人形機器人整機中,減速器、伺服驅動器、控制器是三大核心零部件,約占整機總成本的70%,它們決定了人形機器人的運動精度、穩定性、負荷能力等重要性能指標。
人形機器人與觀眾互動。圖 / 王欣
減速器通常占人形機器人整機成本的30%,其作用是使機器人關節運動更加穩定和精準。當前,眾多廠商傾向于采用諧波減速器結合行星減速器的技術方案。例如,特斯拉Optimus就配備了14個諧波減速器和12個行星減速器,這兩種減速器共占該機器人整體價值量的17%。作為傳統制造業強國,德國、日本等國家的減速器產品目前處于行業領先地位。不過,自蘇州綠的諧波傳動科技股份有限公司率先打破國際品牌對諧波減速器的壟斷并實現規?;a以來,國產諧波減速器品牌在國內市場的占有率持續提升,如今在國內市場已基本實現國產替代。
伺服驅動器是機器人的關節驅動裝置,機器人肢體運動能力的強弱很大程度上取決于它。在高性能伺服驅動器領域,優必選是全球極少數能夠完成從小扭矩到大扭矩伺服驅動器批量生產的公司之一,將伺服驅動器零部件的國產化率從40%提升至90%以上。優必選自主研發的人形機器人Walker擁有36個高性能伺服關節,Walker X則配備了41個高性能伺服關節。優必選自研的伺服驅動器具有高集成度、高性價比、長壽命、低噪音、抗沖擊能力強等優點。
控制器是人形機器人的核心神經系統,承擔著傳遞和發布機器人動作指令的重要任務,能夠實時控制機械運動部件的軌跡、位置、速度、加速度等參數。一套完整的人形機器人運動控制系統通常包括控制器、驅動器、 電機、傳感器等。在這些細分領域,國內企業如拓邦股份、雙環傳動、德昌股份、世運電路等已嶄露頭角,展現出較強的技術實力和市場競爭力。
近年來,國內人形機器人領域政策利好頻傳,為產業發展提供了強勁支撐。工業和信息化部等七部門發布的《關于推動未來產業創新發展的實施意見》明確提出,要突破高端裝備產品,其中便涵蓋人形機器人,旨在以整機為引領推動新技術實現產業化落地?!度诵螜C器人創新發展指導意見》則指明了發展方向,即通過完善頂層設計全面推進人形機器人產業布局;并提出到2025年初步建立人形機器人創新體系,整機產品達到國際先進水平,孕育開拓一批新業務、新模式、新業態,到2027年產業綜合實力達到世界先進水平、成為重要的經濟增長新引擎等發展目標。與此同時,中國多地積極布局人形機器人產業,北京、上海、重慶、廣東、浙江、四川、安徽等地紛紛出臺相關政策,加速產業布局進程。
實現核心技術自主可控,是推動我國人形機器人產業快速發展的關鍵。通過建立創新中心整合產業鏈、搭建開源平臺共享成果、集中攻關底層技術,在多層面、多環節的協同作用下,人形機器人的技術壁壘正逐步被攻克,中國人形機器人產業的競爭優勢正在形成。人民網研究院于2023年底發布的《人形機器人技術專利分析報告》顯示,中國在人形機器人專利申請數量和有效專利數量方面均位居全球首位。
商業化落地進程提速
去年底,中國信通院發布了“2024人工智能十大關鍵詞”,具身智能位列其中。中國信通院指出,未來AI算法與機器人硬件將協同融合發展,持續優化迭代,推動具身智能產品升級,拓展商業應用場景。
一直以來,商業化都是人形機器人產業發展的關鍵課題。隨著技術的不斷成熟以及產業鏈的進一步完善,從各廠商的規劃和產品迭代情況來看,人形機器人量產已迫在眉睫,其行業正加速邁入商業化階段。
1月初,特斯拉首席執行官埃隆·馬斯克對外透露,特斯拉計劃在2025年生產數千臺Optimus人形機器人,并在工廠進行初步測試。若進展順利,2026年特斯拉人形機器人產量將提升至2025年產量的10倍,目標是生產5萬臺至10萬臺人形機器人。
在國內,智元機器人、宇樹科技、優必選、傅利葉智能等知名國產機器人企業均已陸續開啟人形機器人的量產進程。1月6日,智元機器人官宣,其量產的第1000臺通用具身機器人正式下線,其中人形機器人731臺,輪式機器人269臺。這些機器人廣泛應用于交互服務和柔性制造兩大場景,并計劃在2025年進一步拓展至特殊應用場景。
人形機器人有望成為千億美元級別的藍海市場,而其向更廣闊市場的拓展,首先會在工業制造、商用服務和家庭陪伴等領域落地。
智能制造將成為人形機器人首個大規模應用的領域?!拔覀兊墓I人形機器人Walker S系列在2024年已經收到車廠超過500臺的意向訂單?!痹诒葋喌瞎S里,Walker S1已與L4級無人物流車、無人叉車、工業移動機器人以及智能制造管理系統協同作業。目前,優必選已與吉利、奧迪一汽、比亞迪、北汽新能源等多家車企展開合作,其合作名單中還涵蓋了3C企業富士康、物流企業順豐等知名企業。
近年來,車企紛紛投身人形機器人賽道,這一現象也備受業界關注。廣汽集團發布自主研發的第三代具身智能人形機器人GoMate,小鵬發布人形機器人Iron,奇瑞聯手AI公司Aimoga共同研發了人形機器人Mornine……“在汽車產業電動化、智能化的發展趨勢下, 車企跨界進入人形機器人領域,不僅有助于完善企業的產品生態,還能提升企業的科技創新形象,增強品牌影響力?!睆V汽集團機器人研發團隊負責人表示。
優必選人形機器人Walker S1助力極氪第40萬臺汽車下線。
根據《人形機器人創新發展指導意見》,人形機器人商業化落地的重點場景包括:面向惡劣條件、危險場景作業等需求,打造特種應用場景下高可靠人形機器人解決方案;聚焦3C、汽車等制造業重點領域,打造人形機器人示范生產線和工廠;拓展人形機器人在醫療、家政等民生領域服務應用,推動人形機器人在農業、物流等重點行業應用落地。
人形機器人在工業制造領域已經初顯成效,與之相比,人形機器人在商用服務和家庭陪伴領域的落地雖尚待時日,但更具想象空間。
1月7日至10日,眾多中國人形機器人企業攜帶最新產品亮相2025年國際消費類電子產品展覽會(CES),向世界展示了中國的創新實力。靈寶CASBOT帶來了全尺寸雙足人形機器人“CASBOT 01”;銀河通用攜具身大模型機器人“Galbot G1”登場;阿加犀展示了全球首臺完全基于高通SoC的端側多模態AI大模型人形機器人“通天曉”(Ultra Magnus);宇樹科技帶來通用人形機器人H1、G1……這些機器人各有神通,能行走、奔跑,能與人流暢對話,還能完成整理衣服、揀貨、遞飲料、換燈泡、擰螺絲等任務。展會現場,銀河通用搭建了24小時無人值守的便利店場景,觀眾通過iPad模擬下單,便能體驗Galbot G1在便利店中取貨并完成送貨的全流程便捷服務,一系列極具未來感的操作令人贊嘆不已。
在“扭秧歌”之外,人形機器人還有更多潛力。1月16日,宇樹科技公布了旗下人形機器人G1的最新升級情況。從最新視頻中可見,G1行走更加順暢,跑步姿態也更接近人類。1月下旬,宇樹科技在官網上線了G1的首個應用方案——UnitreeG1-Comp,官方稱其為“為賽事(RoboCup)打造的足球巨星”。官網顯示,G1-Comp 在足球場上能夠轉彎、跑步、全向行走、自主起身,還能快速識別球場環境并完成射門動作。
樂聚機器人則于2024年11月發布了一款面向展廳場景打造的“智能講解”人形機器人。該機器人搭載可訓練大模型,具備入口迎賓、定位講解、障礙識別、語音問答、合影留念等功能。2024年12月底,樂聚機器人還發布了人形機器人深入家庭生活的視頻,展示了其執行洗衣、澆花、插花以及晾曬衣物等多樣化家務的能力。此款機器人名為Kuavo(夸父),由海爾和樂聚機器人聯合研發,是國內首款面向家庭場景的人形機器人。海爾與樂聚機器人此次聯手探索家庭場景應用,不僅標志著家電行業的新跨越,也掀開了服務機器人行業的新篇章。
人形機器人走進千行百業,已然成為當下的現實;而人形機器人走進千家萬戶,也將在不久的將來成為可能。
(文章來源:《創意世界》2025年3月號)
編校:范曉華,審讀:郭麗
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