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人形机器人的进化与挑战:灵巧手技术成量产关键

如同早年马斯克的机器人被戏称为“人工cosplay”,国内何小鹏的机器人近日也面临相似质疑,甚至被迫当场“解剖”一台以自证清白。

人形机器人的进化与挑战:灵巧手技术成量产关键 人形机器人 特斯拉Optimus 灵巧手 通用机器人 第1张

小鹏新展示的机器人丨小鹏官网

即便家用机器人已开启预售,公众对人形机器人的疑虑仍居高不下。

支付200美金预购全球首款家用机器人NEO后,琳琳(化名)在小红书发现,NEO竟需人工远程操控:它能处理基础家务,但遇难题时,须呼叫总部人工,通过摄像头查看现场并手动操作。

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得知可能花2万美金买到“机器皮影人”后,琳琳却豁达表示:用户数据协议已成常态,且摄像头无处不在。

“科技进步总需用户支持,权当贡献一份力。”

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琳琳所言不虚,从零到一的科技应用离不开巨大包容。

例如,近期市场对特斯拉的宽容。

特斯拉再度推迟Optimus量产计划,已是第三次延期。但股价未受影响,突破1.5万亿美金,显示人形机器人不仅获用户包容,更得投资人青睐

然而,探究特斯拉量产困境,原因出乎意料——非关智能或移动,而是反直觉难题:手

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人类手部含27块骨骼、密集神经与实时反馈系统,能精准调控力度、角度与微调。机器人手则需微型电机、减速器、传感器与算法层层堆叠,力量、稳定性与柔性控制缺一不可。

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制造“能动的手”不难,打造“如人般可靠的手”极难。

这不仅是特斯拉之困。所有人形机器人企业皆卡于此。于是,老问题重现——既然酒店、清洁、物流机器人已商业化,为何执着于仿人形?哆啦A梦式设计不也成功?

越像人,越难产

刚过去的万圣节,机器人已加入“不给糖就捣蛋”行列。

近日纽约街头,特斯拉Optimus向行人派发糖果,从篮中抓取一颗递出,若糖果掉落,会弯腰拾起重递。

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Tesla Optimus丨Tesla 官网

莫小瞧此简单动作,让机器人街头发糖,特斯拉耗时近五年。

2021年特斯拉AI日,马斯克首度展示“人形机器人”概念。当时仅屏幕演示,由演员扮机器人跳舞,引发嘲讽。但发布会传递核心愿景:特斯拉目标非重复机械动作,而是理解世界的智能体

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一年后,首版Optimus真身亮相。

它能行走,动作略显笨拙,如幼学长颈鹿般摇晃。意义重大在于电动驱动,摒弃液压结构,意味未来可量产、降本、安全融入人类场景。

2023年,Optimus变“聪明”,接入与自动驾驶同源视觉识别与神经网络。它能识别物体,执行放置、夹取、移动等基本操作,甚至当众折叠衣物——此需柔性操控、力控制与实时视觉反馈的复杂动作,传统工业机器人难以想象。

形势向好,Optimus量产计划传出,却突遇“难产”。

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Optimus量产已三次推迟:

首次2023年,原计划2024年首批出货,因运动控制算法未达标,延至一年后;

第二次2024年底,量产目标下调为2025年试产数千台;

第三次即近期——特斯拉再曝暂停Optimus量产。

三季度财报会,马斯克坦言难题:缺乏现成供应链。

对比造车与造机器人:汽车工厂有成熟供应链、标准化接口与替换方案;人形机器人则无统一标准,各家企业设计迥异,关节、传感器、动作模型皆不同,导致无标准化接口、共用件,成本难降,制造难规模化。欲产百万台机器人,须先建百万台产业链

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供应链未全,团队亦生变。特斯拉机器人负责人Milan Kovac离职,这位波士顿动力出身、主导Optimus架构的核心人物离去,引发重组。据外媒,马斯克亲掌项目,研发线并入AI芯片团队。

“手”是真正的难题

机器人最难造的是“手”。

北大机器人研究博士林武(化名)形容:灵巧手量产难度超机器人全身

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理解手之难,先看人类手多精妙。

人手含27骨、众多肌群与神经末梢,手掌密布触觉点,使手指可轻捏米粒或紧抓行李箱;感知玻璃杯温变,凭经验判葡萄熟度。此精细控制为连续、实时生物反馈回路:力量从臂肌传来,指节协同,皮肤触觉反馈,大脑毫秒微调。

目前机器人复刻人手,乃用机器替代关键元素。

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人类肌腱换为微型电机,关节靠减速器与传动线驱动,骨骼化轻量化支架,触觉感受器变力/压/温传感器阵列,大脑控制由实时运动模型与AI决策完成。

此仅第一步。灵巧手真问题在——力量、准确与持久

首先,手部物理空间太小

致关节电机、传感器、减速器需极高精密制造,小空间意味小电机,小电机意味低电池密度,进而抓力不足。

“现六七十公斤机器人仅抓十公斤重物”,博士透露,“与期望相差甚远”。

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解抓力有两法:一是“仿生肌肉”,通过电动肌纤维、气动人工肌或液压微管模拟人体肌腱,使指柔性弯曲。此法实验室优美,但力量放大与耐用性距量产远。

二是如人类,力量“外包”至前臂。特斯拉、波士顿动力、Figure采此路。驱动力电机置前臂,手指通过细传动线控制,使整体力大、结构可控,但结构复杂、维护成本高。

“准确”是另一难关。

人类取杯乃无意识行为,实为高度复杂生物协作:眼识别物体,脑估距离轨迹,瞬间定指力方向;指触杯身,皮肤压力感受器反馈微调。此过程涉视觉、运动皮层、小脑、感觉系统与肌肉系统同步。

机器人无“无意识经验”。

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机器人取杯分五步:先“看见”物体,需摄像头与深度传感器识别;再算三维位置,定手伸向;推抓取点;决定抓力,玻璃、塑料、纸杯需不同力;最后接触时实时微调——需触觉传感器与反馈算法。

关键差:人类行动前“已知”,机器人“过程中”推测修正。

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故机器人准确性成难题。林武例实验室问题:“令机器人抓物时,它先寻最佳路径,用左右手或移动方向,探索中或满屋乱跑。抓碎草莓、掉落玻璃亦有发生。”

此景若为高价企业机器人,可致重大损失。

为解决准确性,部分转向AI模型,让机器人脑更聪慧。若手未灵巧至捏葡萄,则让葡萄滚入手掌。

特斯拉、Figure、Agility、DeepMind试此路:收集工人操作视频,模型学意图,拆解为指令,机器环境试错微调,让大模型“悟”任务完成。

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解“灵活”已困重重,量产还需“持久”,即寿命问题。有报因散热不足、部件寿命短,Optimus灵巧手使用寿命不超两月。

马斯克曾言:特斯拉总部有Optimus全天行走,“可引路至会议,但关键问题是手。”

“我不是人!还不行么!”——不行

既然手难,不做人形机器人可否?

实则机器人已潜入生活,但多非人形。

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酒店送物机器人,形如“带货梯桶”,靠激光雷达导航,精准穿廊,只负责点对点运输。

商场清洁机器人,实为“工业增强扫地机”,重路径规划与避障,耐力稳定胜人力。

仓库物流机器人最“反直觉”,如京东、亚马逊“小乌龟”群穿梭,送货架至拣货员——非仿人搬物,而是绕人体限,推效率极致。

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2024年中国酒店服务机器人出货近50万台,清洁机器人全球市场超80亿美元,仓储物流机器人成亚马逊、京东降本核心。这些机器人共性:任务单一、场景可控、无需如人思考,故商业化成功。部分场景中,其成功正因弃仿人,成场景“最优解”。如清洁:人类臂长关节限,清洁机器人却“为地板而生”。

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然问:既然非人形机器人已胜任多工,为何执着昂贵、难产、笨拙的人形机器人?

何小鹏科技日上答——他初为“四足”机器人派,但研发中两问题改观:

四足机器人无部位装手,“问士兵战场极限选择,失手或失脚,多数选失脚。”何小鹏例证“手”之重。

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小鹏机器人丨小鹏官网

于是尝于“象鼻”或“马臀”加手,因效果诡异终弃。

另一问题:中国家庭多百平以下,非人形四足机器人转弯难,机器非宠物柔韧,每转易伤己或家具。

故小鹏团队定:机器人须像人。

小鹏机器人进化概括为何需人形:答案纯简——日常环境为“人”设计。

所有门把、货架高、桌宽、楼梯跨、电梯尺、操作台距、工具柄径……皆以人手握距、臂长、躯干重心为标准。换言之,世界乃人形接口,工具乃人形操作器,工作流程绕人体建。人形机器人追求本质,是通用性。

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欲机器人无缝入人类场景,最现成法即做人形。

通用人形机器人,非代单一场景,而是补未来劳动力缺口。

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至2030年,日本劳动人口或再减15%、中国劳动力2035年达峰后回落,美国制造业缺口超800万,年轻人渐不愿从事护工、清洁、搬运等工。

终有一天,须面对各领域需机器人顶上的世界

届时,机器人若摆烂言“别拿我当人!我不是个人!还不行么?”则只能回:不行。

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封面图来源:Giphy