Tesla Bot的到來或將開啟AI新紀元。
撰文 |shanshan
日前，馬斯克在推特上表示，人形機器人Tesla Bot Optimus(擎天柱)原型機即將現(xiàn)身9月30日的特斯拉人工智能（AI）日，并且暗示這次的特斯拉AI日將是令人震撼的。
Tesla Bot的發(fā)布更多展現(xiàn)出特斯拉已經成為了一家由“自研芯片+自研算法”驅動的人工智能公司。
01 “擎天柱”即將發(fā)布
在2021年的Tesla AI Day上，馬斯克公布了人形機器人Tesla Bot(Optimus)的概念。近期，馬斯克又將原計劃8月19日舉辦的特斯拉AI日，改為9月30日舉辦，因為屆時將發(fā)布Optimus(“擎天柱”)原型機。
“擎天柱”（Optimus）最早將于2023年開始生產，將用來填補勞動力缺口，執(zhí)行危險、重復或太無聊而人們不愿意從事的工作。
從公布的參數(shù)看，特斯拉Optimus人形機器人主要配置:
?身高5尺8寸(約1.73米)，頭部帶有顯示屏，用以展示信息
?采用Autopilot的攝像頭作為視覺感知傳感器，共八個攝像頭
?采用FSDComputer作為計算核心
?脖子、胳膊、手、腿、軀干累計搭載了40個機電傳動器
?搭載多相機神經網(wǎng)絡、基于神經網(wǎng)絡的規(guī)化、自動標記、算法訓練等
?以輕量材料打造，最高時速達5英里/小時
據(jù)稱，這款機器人將復用特斯拉在自動駕駛領域的技術，有望采用特斯拉FSD的計算模組和方案。根據(jù)馬斯克的說法，想要解決自動駕駛問題，需要先解決真實世界的人工智能，因此從產品的角度來看，在人形機器人上，其運用了特斯拉最先進的AI技術也不足為奇。
特斯拉自研了服務于自動駕駛的超級計機—Dojo，以及自研的AI訓練芯片D1。作為Dojo架構的重要組成部分，D1芯片采用7納米制造工藝，處理能力為每秒1024億次。由于每個D1芯片之間都是無縫連接在一起，相鄰芯片之間的延遲極低，訓練模塊最大程度上實現(xiàn)了帶寬的保留，配合特斯拉自創(chuàng)的高帶寬、低延遲的連接器，算力高達9PFLOPs(9000萬億次)。
特斯拉的FSD無論是在感知還是在認知決策的過程中，均需要用到人工智能算法的輔助。在感知方面，F(xiàn)SD搭載了基于神經網(wǎng)絡的Telsa Vision視覺處理工具，實現(xiàn)對行車環(huán)境的解構分析。在分析決策方面，特斯拉也引入了強化學習的算法，利用性能的提升。
隨著特斯拉人形機器人預期發(fā)布原型機，未來特斯拉有望升級為兩大核心產品線:Model系列電動車和Optimus系列機器人，馬斯克表示“擎天柱的價值將超越特斯拉的電動汽車和全自動駕駛汽車業(yè)務”。
可以預見的是，人形機器人的高適配性可以打通工業(yè)、商用、家用場景限制，整合各類應用的市場空間，有望成為繼PC、手機、智能電動車之后的新一代智能終端。
02 人機交互進入新時代
人形機器人的發(fā)展歷史可以追溯到15世紀末的達·芬奇時代，那是由達·芬奇繪制的一份古老“類人機器人設計草圖”——一個靠風能和水力驅動的“機器武士”，由此啟發(fā)了人類對于研制“人形機器人”的幻想。
1927年，美國西屋公司制造了世界上第一臺人形機器人“Televox”，雖不能走動，但可以抬起接收器以接聽電話，并根據(jù)接收到的信號通過操作開關來控制簡單的過程，此外其還能回答一些問題。
1937年，西屋公司在此基礎上制造出“摩托人Elektro”，被認為是真正的第一個類人機器人。Elektro身高210厘米，體重超過120公斤，能夠執(zhí)行26種不同的日?；顒樱ㄐ褋?，交談，計數(shù)和吸煙。
1961年，第一臺數(shù)字化和可編程的機器人Unimate被安裝在通用電機裝配線上，成為當今仍在裝配線中使用的許多工業(yè)機器人的基礎。
1972年，早稻田大學研制出WABOT-1機器人，是世界上第一臺全尺寸人形機器人。它能夠用日語交流，導航房間并抓握和運輸物體。后來的WABOT-2能夠讀取樂譜并彈奏電子鍵盤。
2000年以來，人形機器人的發(fā)展方向逐步成熟。從技術及產品的成熟來看，波士頓動力是行業(yè)內的領導者。
2005年，波士頓動力為美國軍隊研究設計了四足機器人BigDog，此后，其又研發(fā)出適用于物流場景的HANDLE，以及機器狗SpotMini。2019年其展示的最新版本的人形機器人Atlas已經具備相當成熟度，能夠在有限的空間內完成較為復雜的工作。
我國的第一臺人形機器人問世于2000年，國防科技大學成功研制了我國第一臺仿人型機器人“先行者”，有一定的語言功能，可以動態(tài)步行。
發(fā)展至今，國內在人形機器人的研發(fā)已有長足進步。2021年，優(yōu)必選發(fā)布了中國首款可商業(yè)化的大型雙足仿人型服務機器人Walker X，應用場景包括科技展館、影視綜藝、商演活動、政企展廳等。同年3月，北京鋼鐵俠科技中標國家機器人宇航員項目——北京控制工程研究所空間仿人智能操控系統(tǒng)，將雙足大仿人機器人的應用場景拓展到航天領域。
我國機器人產業(yè)目前正處于快速發(fā)展階段，但由于國內相關科研理論與制造工藝起步較晚，相對于發(fā)達國家仍存在一定的差距。此外，在行業(yè)標準的制定、相關配套設施的建設以及本土品牌競爭力的提升等方面，我國機器人產業(yè)仍有較大的發(fā)展空間。
03 核心零部件是機器人的關鍵
在所有機器人的研發(fā)中，人形機器人的挑戰(zhàn)難度是業(yè)界公認最高的。
從目前特斯拉公布的應用范圍來看，人形機器人為服務機器人的技術升級，涉及到自動駕駛、視覺導航、傳感器技術等多種技術融合，機械產業(yè)鏈方面主要涉及到伺服電機、減速機、控制系統(tǒng)、驅動器與機器視覺等方面。
機器人產業(yè)鏈主要分為上游核心零部件研發(fā)與生產、中游本體制造和系統(tǒng)集成，以及下游各行各業(yè)的具體應用等三方面。
其中，減速器、伺服電機、控制器等核心零部件是整個機器人產業(yè)的核心壁壘，也是產業(yè)鏈中成本占比、附加價值最高的部分。
減速器主要用于機器人各個關節(jié)，負責將伺服電機輸出的高速運轉動力轉化為低轉速、高轉矩的運動。因此人形機器人若要實現(xiàn)接近人體的活動自由度，則減速器用量將數(shù)量級增長。
按照傳動原理的不同，機器人專用減速器可分為RV減速器和諧波減速器兩種。當前，我國精密減速器嚴重依賴進口，國產廠商仍處于生產技術不斷成熟完善的階段。根據(jù)MIR DATABANK數(shù)據(jù)顯示，目前全球約75%的精密減速器市場被日本的納博特斯克和哈默納科占領。其中，納博特斯克生產RV減速器，約占60%的份額;哈默納科生產諧波減速器，約占15%的份額。
伺服系統(tǒng)是機器人的動力系統(tǒng)，負責驅動機器人的運動，由伺服驅動器和伺服電機組成。其中，伺服驅動器負責位置、速度、轉矩等各項控制；伺服電機是伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，將接收到的電壓信號轉化為轉矩和轉速，以驅動控制對象。國產伺服廠商在產品性能、尺寸等指標上正在努力趕超國際先進水平，同時國產品牌擁有更低的銷售價格，性價比優(yōu)勢不斷凸顯。
控制器作為機器人的心臟，負責規(guī)劃機器人的運動方式，通過硬件和軟件發(fā)布并傳遞動作指令，控制機器人的運動位置、姿態(tài)、軌跡和操作順序等，保證機器人系統(tǒng)的正常運行，使機器人達到所要求的技術指標。目前，abb、kuka、新松、新時達等國內外各大機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發(fā)。
機器人常被各國視作衡量國家創(chuàng)新水平、產業(yè)能力的標志，人形機器人更被譽為機器人皇冠上的明珠。特斯拉人形機器人的推出，有望促使全球服務機器人產業(yè)加速發(fā)展。
04 市場空間可達百萬級別
特斯拉Optimus價格有望步入量產級，人形機器人打開全球萬億級藍海市場。根據(jù)馬斯克在2022年4月的TED演講中透露，Optimus單價將“不會高得恐怖，或許會比一輛車的價格更低”，與馬斯克對話的主持人Chris Anderson以2.5萬美金左右(約16.75萬人民幣)價格為例進行討論，給出了一個可供參考的價格區(qū)間。
考慮到特斯拉汽車在中國的售價最低為30萬元左右，Optimus機器人的單體價格大體將位于17-30萬元之間。這一價格區(qū)間相對波士頓機器人顯著更低，Optimus有望進入家務、快遞、工業(yè)生產等各類消費級與商用級場景。
根據(jù)麥肯錫全球研究院發(fā)布報告，預計到2030年，全球將有15%的勞動力比率將被機器人替代。其中印度、中國、美國、德國替代比率分別為9%、16%、23%、24%。然而，并非所有機器人均需要做成人形。根據(jù)應用場景，服務機器人、特種機器人中部分機器人適合制造成人形。
按照單個機器人價格16.72萬元人民幣計算，預計到2023年全球人形機器人年市場規(guī)模將達到365億元，到2025年、2030年分別達到3908億元、1.9萬億元。其中，預計我國人形機器人年市場規(guī)模到2025年、2030年將分別達到754億元、3762億元。
當前，機器人在工業(yè)生產與日常生活中肩負起越來越多的工種、承擔起越來越多的角色，其重要性不言而喻，未來機器人產業(yè)會繼續(xù)快速發(fā)展，但要達到大規(guī)模商用，還有諸多痛點需要解決。
