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一文了解半世纪以来那些著名的人形机器人

10月1日,美国富豪马斯克再一次吸引了全世界的眼球:就在这天,他公开了自己团队研制已久的人形机器人“擎天柱”(Optimus)原型机……人形机器人究竟是不是人工智能的终极形态?科学家能把人形机器人做到什么程度?从美国波士顿动力公司的Atlas,到英国机器人公司Engineered Arts的Ameca,再到优必选科技的Walker和小米公司的“铁大”,我们来看看人形机器人的发展之路。

在学术界,一般仿人机器人可以分为大仿人机器人和小仿人机器人。大仿人机器人一般指成人大小,一般一米多高,双足行走的机器人,这涉及到很多的控制、规划、机电一体化技术、全方位的AI感知技术,移动能力和工作范围,人机交互等,不是简单买零部件就可以组装完成的。小仿人机器人,一般是桌面式的,比如NAO和阿尔法机器人属于小仿人机器人。

业内认为,人形机器人的发展历程主要分为三个阶段。第一阶段,是以早稻田大学仿人机器人为代表的早期发展阶段;第二阶段,是以本田仿人机器人为代表的系统高度集成发展阶段;第三阶段,是以波士顿动力仿人机器人为代表的高动态运动发展阶段。

全球首个人形机器人WABOT-1

研制机构:日本早稻田大学

特点:双腿步行,日语对话

日本早稻田大学是日本研究机器人较早的大学之一,特别是加藤一郎教授创立的加藤实验室。1967年,实验室启动了极具影响力的WABOT项目,1972年,世界上第一个全尺寸人形“智能”机器人—WABOT-1诞生。

该机器人身高约2米,重160公斤,包括肢体控制系统、视觉系统和对话系统,有两只手、两条腿,胸部装有两个摄像头,全身共有26个关节,手部还装有触觉传感器。

WABOT-1搭载着机械手脚、人工视觉、听觉装置,并且拥有拟人化的外型,与现代人形。它可以透过嘴巴进行简单日语对话,并且凭借耳朵、眼睛测量距离和方向,再依靠双脚行走前进,而两手也具有触觉,可以搬运物体行动。据悉,WABOT-1行动能力约与一岁半的婴儿几乎差不多。

尽管行走一步需要45秒,步伐也只有10公分左右,尤其身形巨大显得相当笨重,但在当时这个技术,已震惊了全世界。

加藤一郎研究室于1984 年再次研发了擅长艺术表演的WABOT-2。WABOT-2拥有与日本人进行自然对话的能力,还能用眼睛看乐谱,用手脚灵活地演奏电子琴,具有演奏中级难度音乐的能力。另外,它还能够识别歌声,自动进行转录,或在此基础上根据人的歌声进行伴奏,机器人的实力惊人。

加藤一郎被誉为“世界仿人机器人之父”,于1994年逝世,他认为,人类在21世纪将迎来机器人和改造人的时代。

第二代的佼佼者ASIMO

研制机构:日本本田公司

特点:57个关节,能小跑单脚跳上下楼梯

从1986年开始,日本本田公司开始研发人形机器人,相继推出双足机器人E系列、仿真机器人P系列。2000年10月,仿真机器人P4,也被称为ASIMO(阿西莫夫)问世。

2005年,本田公司发布了最新一代ASIMO机器人,其身高130cm,体重48kg,最大速度是9km/h,全身57个关节,能实现小跑、单脚跳、上下楼梯以及踢足球等系列复杂运动。

2017年,本田公司推出新一代人形机器人E2-DR。该机器人身高168cm,体重85kg,全身总共33个关节,面对不同地形采用相应的行走模式,可以变形成大猩猩模式通过路障和竖直楼梯,也可以匍匐前进通过狭小低矮空间,具有很强的环境适应能力。

本田公司原本希望ASIMO能实现量产,进入千家万户照顾老年人。但ASIMO价格昂贵,造价高达300-400万美元,功能过于简单,也无法进行语境对话,因此2022年3月底本田公司选择让ASIMO退役。

第三代里让人耳目一新的Atlas

研制机构:波士顿动力

特点:擅长运动,能流畅进行跑酷

波士顿动力是一家成立于1992年的工程和机器人设计公司,总部位于美国马萨诸塞州沃尔瑟姆,2020年12月被现代汽车集团收购。波士顿动力以开发一系列动态高机动性机器人而闻名。从2009年,该公司开始研发PETMAN人形机器人,主要用于测试个人防护装备在危险化学环境中对人的影响。

Atlas原型机最早于2009年亮相,2013年7月11日向公众正式公开。Atlas机器人身高188cm,体重150kg,其设计目的是为了搜索和救援任务。2016年,波士顿动力在视频网站上发布了新一代的Atlas机器人,这一代机器人身高175cm,体重81.6kg。2018年,波士顿动力进一步对机器人进行了优化设计,最新身高1.5m,体重80kg,全身具有28个关节,速度能达到1.5m/s,能完成快速小跑、三级跳、后空翻和空中体操等一些列复杂动作。

在2021年8月网上公布的一段视频中,Atlas甚至能够流畅进行“跑酷”,可谓是目前在运动方面最接近人类的人形机器人了。有报道称Atlas已经学会了自主规划路径。

具备逻辑思维能力

还期待核心算法突破

人形机器人的商业化之所以遥遥无期,主要还是因为目前人形机器人产品还“不够智能”。

人形机器人要突破的技术难题有很多。首先,人形机器人与工业机器人和服务机器人相比,在结构设计、硬件构成、控制算法、核心性能要求以及零部件选择上都有很大的差异。如普通工业机器人的关节在2-10个之间,而人形机器人关节数量预计在40个以上;其次,除了电机、散热、机身自由度等硬件问题,还有“感知-认知-决策-执行”等方面的算法和软件问题;最后,人形机器人还要面临的第三个也是最大的挑战——思维。如何让机器人具备人类的逻辑思维能力,同时可以模拟出人类的情感和情绪,达到与人类共情,需要机器人基础核心算法的技术突破。

最后,人形机器人商业化不能逃避的一个深层次问题是:其AI水平需要达到很高,又不能过高,只在一定的智能水平区间内才具有商业化的价值和能力。这好比是人与光谱和声谱的关系——只有在一定的谱系范围内的光与声,才能被人类感知——只有在某一个AI水平区间的人形机器人,才有可能走进千家万户。

多款著名人形机器人

名称:擎天柱

制造商:特斯拉

10月1日上午,特斯拉CEO马斯克带人形机器人擎天柱(Optimus)正式亮相。官方消息称,这款机器人高1.72米,重56.6公斤,可拿取约20千克重的物品,行走速度为每小时5英里(约时速8公里)。在现场机器人展示了稳步行走、转体俯身、挥手与台下观众打招呼、以缓慢速度挥手,做简单的舞蹈动作等动作。

另外,特斯拉还展示了人形机器人擎天柱在汽车工厂搬运箱子、浇水植物等的视频。马斯克透露,这款机器人售价预计不到2万美元,比汽车还便宜,“三五年后人们可以订购擎天柱机器人。”

据介绍,Optimus的大脑采用特斯拉的超级计算机系统Dojo,拥有超强的计算能力;视觉感知系统主要基于特斯拉FSD的计算机模组和方案,面部配备8个汽车同款Autopilot摄像头,最远监测距离可达250米;运动则是主要靠脖子、手、腿以及躯干等搭载的40个机电传动器,其中手部的12个机电传动器,能够让机器人达到接近人类灵活水平。

马斯克此前曾表示,特斯拉机器人最初的定位是替代人们从事重复枯燥、具有危险性的工作,但远景目标是让其服务于千家万户,比如做饭、修剪草坪、照顾老人等。

名称:铁大

制造商:小米

今年8月11日,小米秋季新品发布会在京举行,小米首款全尺寸人形仿生机器人CyberOne也正式亮相。

据悉,CyberOne是继去年小米仿生四足机器人Cyberdog后,小米机器人Cyber家族的新成员,内部艺名“铁大”。“铁大”身高177cm,体重52kg,采用了多种技术,能感知45种人类语义情绪,分辨85种环境语义;搭载小米自研全身控制算法,可协调运动 21 个关节;配备了Mi Sense视觉空间系统,可三维重建真实世界;全身5种关节驱动,峰值扭矩300Nm,它“小脑”发达、可实现双足运动姿态平衡,四肢强健、动力峰值扭矩300Nm等领先技术能力。

据介绍,CyberOne可以单手垂直抓握3斤重的物体,在发布会现场,“铁大”走上舞台,向小米创始人雷军送上了一朵玫瑰。

名称:Ameca

制造商:英国科技公司Engineered Arts

机器人Ameca由英国科技公司Engineered Arts开发。据介绍,Ameca重49kg,1.87m,身体共有52个模块,支持51种关节运动。该公司称Ameca为“机器人的未来面孔”,是迄今为止“最有人味的机器人”。

关于这个机器人,最著名的是2021年底一段视频:Ameca活动肩骨后,突然间灵魂附体,大梦初醒般睁开双眼。最新的视频中,机器人Ameca的眼神又可以做到随着人类手指头移动自如,甚至还会退缩。更令人惊奇的是,它被侵犯私人领域后满脸嫌弃,甚至直接对人类动手——把人类的手挡开。研究人员称,视频中人类触碰Ameca鼻子的行为让它“感受”到了恐惧。

Ameca是如何做出逼真的表情和拒绝人类的动作呢?简单讲,为机器人配备一个更精细,更智能的身体(Artificial Body,即AI×AB),主要依靠两大核心技术实现:一个是机器人操作系统Tritium,另一个是Mesmer技术,一个用于建造仿真人形机器人的系统。它能为Ameca提供大量的真人表情数据,也正是上面提到Ameca做出逼真表情的背后支撑。

名称:Walker

制造商:优必选

Walker机器人是位于深圳的优必选为实现“让机器人走进千家万户”而打造的大型家庭服务机器人。

新一代Walker机器人具备36个高性能伺服关节以及视觉、听觉、空间知觉等全方位感知系统,可以实现平稳快速的行走和灵活精准操作。Walker机器人具备了在常用家庭场景和办公场景的自由活动和服务的能力,可以双手双足,能像人一样走路、上下楼梯、走斜坡和不平整地面,还可以在家中自由行走,并完成简单的家庭服务工作。

经过四次迭代,优必选Walker已开始在特定的场景下提供专业服务,例如在机场、银行、企业,还有科技馆、高端酒店等场景中使用。

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