人形機器人:考驗中國「硬科技」

  在合肥蔚來汽車工廠,來自深圳企業優必選的工業版人形機器人Walker S正在接受「實訓」。身高1.7米的機械「員工」在檢查完車門鎖、安全帶和車燈蓋板後,走到車頭前,極為輕柔地給新車貼上車標。
  在大洋彼岸的美國,就在不久前,美國初創公司Figure剛把第一款人形機器人Figure 01送入寶馬的斯巴坦堡汽車工廠打工,替代人類從事一些危險度高的工作。
  隨著人工智慧的突破性進展,作為最佳載體的人形機器人將不再是只能送餐、擰螺絲的「工具人」。大模型將賦能人形機器人走向主動交互,使其成為繼電腦、智能手機、新能源汽車後的顛覆性產品。人形機器人每邁出一步,都能掀起市場熱潮,人形機器人的商業化步伐也在競爭中不斷加快。
  中國也是這一波熱潮中最積極的衝浪者之一。2023年10月20日,工信部印發《人形機器人創新發展指導意見》(以下簡稱《意見》),指出人形機器人集成人工智慧、高端製造、新材料等先進技術,將深刻變革人類生產生活方式,重塑全球產業發展格局。
  當前,人形機器人技術加速演進,已成為科技競爭的新高地和經濟發展的新引擎。又一場舉國競賽,已經打響。工信部前述《意見》提出,到2025年,我國人形機器人創新體系初步建立;到2027年,人形機器人技術創新能力顯著提升,綜合實力達到世界先進水準。
  飛速進化
  在去年夏天的2023世界人工智慧大會上,以康復機器人為拳頭產品的上海傅利葉智能科技有限公司發佈了首款通用人形機器人。然而,一些人工智慧公司已經等不及最終版產品,傅利葉智能通用機器人事業部總裁周斌曾對媒體透露,「研發過程中就陸續有公司買走人形機器人去驗證他們的AI演算法了」。
  人形機器人產業因大模型的出現而升溫。GhatGPT的橫空出世點燃了全球範圍的「百模大戰」,而具身智能被認為是「人工智慧發展的下一個浪潮」,一個能理解、推理並與物理世界互動的智能系統需要一具「肉身」,人形機器人無疑是最佳載體。
  「引入人工智慧大模型,相當於給人形機器人裝上了智慧大腦。」北京新鼎榮盛資本管理有限公司董事長、創始合夥人張弛告訴《中國新聞週刊》。AI的發展讓市場看到了人形機器人落地的可能,人形機器人能理解並執行指令,完成真實工作,而不再是只能跳舞、展示的吉祥物。
  不同於傳統工業機器人只為完成特定任務而存在,人形機器人自誕生便背負起了智能化期待——像人一樣感受世界、作出決策並執行任務。1973年,日本早稻田大學推出了世界上第一臺全尺寸仿人機器人WABOT-1,它能夠用日語與人交流,測量方向與距離,緩慢行走並抓取物體,相當於一歲半兒童的智力。
  「日本擅長機器人的物理特性開發,而美國擅長機器人思維開發。」如卡內基梅隆大學電腦科學學院教授馬夏爾·赫伯特所總結,美國在人工智慧領域領先。電腦科學和機械工程的跨學科合作讓美國公司逐漸取代日本成為機器人領域的領軍者,一個標誌性事件是,2011年日本福島核電站因地震和海嘯發生核洩漏事故後,參與事故處理工作的機器人來自美國公司iRobot。
  人形機器人要實現與物理世界交互,就要具備感知和理解能力,這些更離不開AI的發展。「如果說深度學習讓人工智慧對世界有了感知,當下爆火的大模型則讓人工智慧有了自主生成的決策能力。」張弛舉例說,AI大模型的出現,讓人形機器人擁有了更強大的工具鏈,理論上,只要讓機器人學習足夠多的數據,就能擁有類人智能,從而脫離預設規劃,進行自主決策。與此同時,「多模態」能力的建立可以讓機器人多線程處理資訊,實現感知-決策-執行的全流程。「AI賦予了這輪人形機器人熱潮的想像空間,即走向通用。」
  事實上,安裝智能大腦後的人形機器人正在飛速進化。穀歌實驗室中,基於「視覺-語言-動作」模型「RT-2」的機器人已經能完成「撿起滅絕動物」的指令,在放著恐龍、鯨魚、獅子三個塑膠玩具的桌面上,機器人準確拿起了恐龍。由此推算,只要有足夠的數據、演算法和算力,機器人將能勝任更多複雜場景。今年1月4日深夜,穀歌DeepMind連發三項新進展,均基於RT-2模型,用於提升機器人的速度、數據收集以及泛化能力。
  就在當天更早些時候,來自斯坦福大學的三人團隊放出了基於Mobile ALOHA系統的機器人演示視頻,烹飪、清潔桌面、按電梯,訓練後的機器人可以完成複雜的移動操控任務。而在美國初創公司Figure發佈的演示視頻中,機器人Figure 01僅用10個小時,就能通過觀察學會煮咖啡。2024年開始的第一個月,斯坦福、穀歌、Figure、特斯拉接連發佈至少6項有關人形機器人的新進展。
  「從學術界到產業界,這波人形機器人熱度很大程度上是被特斯拉帶動起來的。」優必選董事會主席、執行董事兼行政總裁周劍對《中國新聞週刊》說,2022年,特斯拉把人形機器人擎天柱的原型機搬出來展示後,國內產業界很快有所回應,甚至有廠商董事長上門尋求合作。
  到去年底,特斯拉發佈的擎天柱第二代演示視頻中,擁有觸覺感測器和11個自由度的靈巧手已經能用雙指將雞蛋輕拿輕放,似乎可以完成更多「精細」任務,如裝配、柔性物體操作等。擎天柱最近一次露面則是在埃隆·馬斯克的社交媒體上,展示視頻中的機器人正從容地疊著衣服。按照馬斯克曾經的設想,機器人的功能將不斷更新,未來三至五年,將會推出可供大眾消費者購買的版本。
  長久以來,人形機器人難以商業化的最大制約就是高成本,不論是曾由美國國防部資助的波士頓動力Atlas,還是已經停產的本田ASIMO,造價均高達上百萬美元。「特斯拉給人形機器人提供了明確的落地場景,更為關鍵的是,馬斯克表示要將造價降到兩萬美元左右。」周劍說,這讓產業界看到了大規模量產和商業化的可能,「人形機器人已經走到了產業化前夕」。
  這也讓很多中國創業者躍躍欲試。
  第一批「先行者」
  對周劍來說,二次創業選擇人形機器人的難度遠超最初設想。
  2008年,周劍在日本一場展會上被小巧靈動的人形機器人吸引,看著高達幾萬元人民幣的售價,他萌生了「研發普通家庭能買得起的人形機器人」的想法。
  當時,工業機器人因製造業發展而得到廣泛關注,面向大眾消費者的服務機器人產業環境卻還十分匱乏。讓機器人手腳動起來的秘訣是「伺服驅動器」,也就是機器人的「關節」,那時只能從韓國、日本、瑞士進口,一個關節動輒上百美元,而製造一個機器人需要十幾個關節。產品如果想實現量產和商業化,必須自主研發,突破國外技術壁壘。
  「最大的難關在於沒有經驗可循。」周劍回憶,創業初期,研發團隊買了各國機器人回來拆裝實訓,每個環節都要經歷無數次試錯與改進。
  周劍手上全部流動資金2000多萬元很快燒完,就像扔進無底洞。當時人形機器人是冷門行業,不被風投看好,缺少市場資金支持,周劍就自己給自己「輸血」,投入了第一次創業的全部積蓄,賣房賣車補貼研發,最窘迫時甚至借錢發工資。
  與伺服驅動器的研發死磕五年,最終自研「關節」不但在品質上媲美海外一線產品,獲得多項專利,成本價也降到了進口零部件的幾十分之一。核心零部件「卡脖子」問題得以解決,為優必選機器人後續商業化奠定了基礎。2014年,優必選的第一款小型人形機器人Alpha成功量產,售價從幾萬元降到了幾千元。
  為提高研發生產效率,周劍選擇在深圳創立公司。珠三角地區的產品供應配套更完善,更容易找到符合生產要求的工廠。周劍曾粗略計算過,企業落戶深圳後,各項零件生產效率提升至少50%,費用也能節省30%。一次路演過程中,優必選被比亞迪聯合創始人、正軒投資創始人夏佐全看中,獲得了天使輪融資,順利解決了公司資金難題。「我想我們能成功獲得投資,從某種意義上來說,是市場相信深圳的企業和產業基礎。」周劍說。
  在周劍看來,國內完備的工業製造體系和產業鏈為人形機器人量產提供了保障。人形機器人可與工業機器人、新能源汽車等產業共用許多相似供應鏈,如電池、晶片、感測器、控制器等,可以實現供應鏈的協同遷移。
  首款小型機器人順利量產後,周劍把目光投向了更具挑戰性的大型人形機器人研發。和常規認識相反,讓機器人用兩腿走路比用「腦」思考更難,至今仍是世界難題。
  當時,國內科研所不乏人形機器人專案,進度卻相對緩慢。北京鋼鐵俠科技有限公司創始人兼CEO張銳曾在北航無人機所、中科院自動化所、航太五院工作。他坦言,機構團隊中所學專業過於接近,思維方式不夠開闊,並且容易受到計畫變動等影響。考慮到最終成果考察的壓力,一些技術尚不成熟的前沿研發專案不易得到相應資源支持。
  大型人形機器人的風頭始終被海外公司和研究機構佔據。美國波士頓動力、日本本田、義大利RobotCub Consortium等公司都在「人形機器人」專案上不遺餘力地砸錢。相比之下,國內研發起步較晚,且主要以專案研究為導向。直到2000年,國防科技大學才研製出國內第一臺仿人機器人「先行者」,到2015年北京鋼鐵俠科技成立,國內「雙足大仿人機器人」逐漸走出實驗室,試水商業。
  「最大的研發困難就是機器人在行走狀態下隨時都可能跌倒。」張銳解釋,核心技術難點在於步態控制、環境感知等環節構成的機器人運動腦。讓機器像人一樣在行走過程中達到一種動態平衡,就要根據機器人的不同狀態單獨設計演算法,最核心的一步是對機器人進行數學建模分析,依此計算出機械結構,再根據預設的重量、自由度等指標,分析計算出每個關節的力矩、轉速。
  而讓機器人從圖紙走到現實,還需要工程師和工廠反復磨合、拼裝測試。在周劍看來,國內在人形機器人演算法研究和開發方面與國際先進水準存在差距,一些高端感測器還相對薄弱,但國內核心零部件供應鏈中,伺服電機、控制系統及減速器等部分零部件已經具備一定國際競爭力。「核心零部件實現國產化只是時間問題。」
  前述工信部的《意見》也提出,到2025年,「大腦、小腦、肢體」等一批關鍵技術取得突破,確保核心部組件安全有效供給。
  在政策鼓勵下,2023年11月初,北京成立了首家省級人形機器人創新中心,擬開展通用人形機器人本體原型、人形機器人通用大模型等5大重點任務攻關,法定代表人由優必選首席技術官熊友軍擔任,採用針對卡脖子問題「聯合攻關」的模式。
  「中心集合了中國人形機器人上下游製造鏈的重要單位,未來將共同攻克卡脖子技術,包括核心零部件、運動控制等各環節的難點,推動產業化落地。」周劍說。
  商業化的「苦行」
  2023年最後一個交易日上午,創業16年的周劍領著11歲的優必選在港交所敲鑼上市,陪在他身邊的是公司最新研發的用於工業領域的人形機器人Walker S。到上市前,優必選售出超76萬臺機器人。其中,真正接近「具身智能」概念的人形機器人產品——Walker系列,兩年半內僅賣出了10臺。
  「問題是現在的人形機器人還不夠智能,即便是在最被看好的汽車產線這一場景中,也還無法替代既有工業機器人,更無法替代人,企業不會為『大玩具』買單。」張弛指出,大型工廠基本被國際工業機器人四大巨頭壟斷,德國庫卡在汽車行業擁有賓士、寶馬等核心客戶,瑞士ABB的運動控制核心技術優勢突出,日本發那科、安川在汽車製造業和電子電氣行業佈局廣泛。
  與其進工廠打工,家庭養老陪伴被認為是人形機器人最理想的落地場景。「但這是產業發展的長期目標。」張銳說,和落地工業面臨的問題一樣,「機器人保姆」因智能度和價格原因也無法馬上量產,真正市場化還要解決客戶認可度、銷售管道、法律法規、倫理等系統問題。
  「現在大家看到的打招呼、簡單抓取等功能,在2017年第三代人形機器人身上基本都能實現。」張銳介紹,如今鋼鐵俠的人形機器人已經升級到第五代,並在2021年中標國家首個機器人宇航員專案。某種程度上,這實現了張銳創業的初衷。
  此前十年,美國和俄羅斯已相繼把人形機器人送入太空,在空間站執行科研、維修等任務。人類長期在太空失重環境下會出現肌肉萎縮,機器人終將成為航太科技發展史上的重要一環。張銳在2015年提議研發宇航員機器人,但當時沒有相關專案立項和經費,這才決心出走創業。
  「並不是所有工作和環境都一定需要人形機器人。」張銳也認可,機器彌補勞動力不足是必然趨勢,甚至在一些場景終將替代人,但目前市場需求並不顯著,有明確需求的主要是高校科研、航空航太和軍事等個別領域。
  機器人的商業化探索,走過漫長的彎路。在這波由大模型和馬斯克帶動的產業熱潮之前,國內機器人行業已經經歷了兩次創業高峰。最早一批本土機器人公司在上世紀90年代前後成立,最後大多演變為機器人集成商或代理,自主創新者少,即便後來有公司上市,市值規模也鮮少超過50億元。2015年後,對標國際「工業4.0戰略」,受國內利好政策鼓勵,湧現了大批工業機器人公司,只有少數堅持至今。「跟風創業很難做長久,企業最終還是要解決實際問題,創造新產品。」張銳說。
  聲名在外的ASIMO被本田定義為最高技術代表,最終也因對公司實際價值有限而在2018年被解散。張銳曾專程到日本拜訪過本田ASIMO團隊,人員已經被分散到了其他部門,從而把研發人形機器人積累的技術複用到其他產品上,因為這更符合一家商業公司的發展邏輯。
  張銳選擇了和本田ASIMO相近的做法。在鋼鐵俠科技完成前三代機器人研發,準備進入商業化時,張銳對公司進行了成立以來規模最大的一次組織架構調整,將初期按技術分工搭建起來的研發團隊,根據專案需求,動態抽調到不同商業化專案中。
  「人形機器人是鋼鐵俠科技的技術源頭,但我們從不把它作為唯一產品,真正帶來穩定現金回報的是能滿足客戶需要的更實用的產品。」張銳舉例,如應用於山地運輸的無人駕駛車輛、可在管道內執行開採任務的機器人、面向智慧工廠的搬運機器人等產品,「目前只做企業訂單,不面向大眾消費者」。
  人形機器人做出來,究竟賣給誰?「人形機器人產業缺少有效客戶,需要國家引導幾個大產業優先使用人形機器人。」張銳認為,需求端對產業發展的倒逼效果往往事半功倍。
  特斯拉的擎天柱被認為是最接近商業化的產品,這得益於「前置產業」自動駕駛的技術積累。通過汽車研發,特斯拉完成了從雲端到終端的全部核心軟硬體的自研,已經造出了「帶輪子的機器人」。即便如此,馬斯克也在2023年表示,沒想到人形機器人上每一個部件都需要重新研發,不得不令人對人形機器人產業保持冷靜。
  據張弛觀察,在人形機器人這條賽道上,國內軟硬體技術仍在快速發展,但目前產品不成熟,技術路線還沒走通,談補貼還為時尚早。「產業真正要思考的是,能為人形機器人買單的客戶到底是誰?」
  考驗的是「國家投入」
  當科技愛好者驚歎擎天柱熟練操作家務時,馬斯克很快在社交平臺發佈了一條「免責聲明」。他提示,擎天柱目前尚不能自主執行疊衣服操作,但將來肯定能夠在任意環境中完全自主行動。
  換句話說,在完成一些複雜動作時,機器人背後可能正有一個遠程操控的人,就像被訓練的遊戲角色一樣。Mobile ALOHA專案團隊就曾出面解釋過,對抓取、擺放物體等簡單動作,Mobile ALOHA 機器人可以在50次學習之後達到90%的成功率,而對一些複雜任務,如裝盤、打蛋,它依舊需要人類干預。
  「應該將 Mobile ALOHA 看作一輛製造精良的跑車,而它仍需要人類駕駛才能表現出自己的能力。」英偉達高級科學家Jim Fan發文評價。現階段的機器人還無法完全自主,「學習」過程也如孩童一般,花式翻車才是常態,就像Mobile ALOHA專案負責人的吐槽,「機器人還沒准備好接管世界」。
  在無所不能的仿真世界和處處掣肘的現實中間,還有一道由基礎材料科學築起的壁壘。「大模型目前還無法給人形機器人產業帶來顛覆性改變,除非能跨越軟硬體之間的鴻溝,實現數學模型和物理模型的統一。」張銳說。
  「短期內人形機器人大規模產業化的條件還不成熟,需要做好長期投入的全方位準備。」張銳直言,目前人類已掌握的人形機器人技術與人體結構組成相比都很落後。隨著技術的發展,現在已經用過的和即將使用的人形機器人技術,都很可能會被淘汰。「長期穩定的研發投入,也需要國家、地方政府和全社會各界的支持。」
  自去年8月27日以來,監管部門持續收緊IPO,市場上一直有傳聞,「虧損企業不得上市,科創板第五套上市標準暫停」。不過,硬科技公司仍可能被「開綠燈」。據21世紀經濟報導,具備硬科技屬性、營業收入增長的虧損企業仍可繼續推進科創板上市進程,前提是市場前景明朗、技術行業領先、收入有所增長、因科研投入大而導致利潤下降或虧損,且虧損程度不高,這樣的企業並不多。
  「投資人的退出前景不樂觀,自然不敢輕易投資科技。」張弛說,基金投資週期一般3至5年,這對還處於實驗室階段的產業來說時間太短,來不及產業化落地,企業上市之路艱難。而風投資金沒有穩定的退出管道,最終只能追一些盈利快、市場確定的行業,不敢投早投小投科技,如此一來,科技專案因缺少資金而發展緩慢,又將陷入新一輪惡性循環。「說到底,要支持科技創新和產業進步,就必須解決資金的資本化問題。」
  風投資金對人形機器人的興趣,也開始出現了新的風向。人工智慧研究室OpenAI也將真金白銀投向了人形機器人。挪威的人形機器人初創企業1X Technologies在2023年3月獲得了OpenAI創業基金領投的A2輪融資,金額達到2350萬美元。銀河證券研報則指出,2024年有望成為人形機器人量產元年。
  繼工信部印發《人形機器人創新發展指導意見》後,北京、深圳、上海先後發佈產業支持政策。北京設立了100億元規模的機器人產業基金,上海計畫打造具有全球影響力的人形機器人產業高地,建設「大模型+人形機器人」協同創新平臺,深圳則是借助《深圳市加快推動人工智慧高質量發展高水準應用行動方案(2023—2024年)》,提出發揮粵港澳大灣區製造業優勢,開展人形機器人規模化應用。
  工業和資訊化部副部長徐曉蘭曾強調,下一步工信部將堅持頂層設計,通過指導產業創新發展、整機帶動、軟硬協同和生態構建,來推動中國人形機器人技術和產業的高水準發展。
  在人口增長放緩、老齡化比例上升的當下,機器人幫助人解決關鍵問題的發展趨勢已然不可阻擋。有聲音甚至預測,在未來某個時刻,機器人與人類的比例可能超過1:1,機器人的數量將超過人類。「人形機器人的商業化需要場景、技術和資本的共同催化,此刻的人類世界或許正處於深遠的變革期之中。」周劍說。
  (李明子/文)