德國人在十九世紀(jì)就發(fā)明了汽車，而九月剛剛召開的慕尼黑車展上，中國企業(yè)大出風(fēng)頭。從追趕到引領(lǐng)，新能源汽車的成功不禁令人好奇：未來中國還有什么產(chǎn)業(yè)還能走出這樣的曲線？下一個(gè)比亞迪可能是誰？
不久前，工信部發(fā)布了《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，當(dāng)中提到：人形機(jī)器人有望成為繼計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品?？梢哉f，人形機(jī)器人也許會(huì)是下一個(gè)「比亞迪」誕生的行業(yè)。
中國的新能源汽車能夠從落后走向追趕，其中一個(gè)重要的風(fēng)向標(biāo)，就在于技術(shù)專利數(shù)。硬科技領(lǐng)域沒有捷徑，專利是一個(gè)行業(yè)技術(shù)能力最直接的展示。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011-2020 年全球新能源汽車行業(yè)專利授權(quán)數(shù)量逐年增長。2010 年，日本在電動(dòng)車領(lǐng)域的專利申請(qǐng)位列世界第一，2010 年至 2022 年，中國企業(yè)在電池充電盒和更換方面，專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到了日本企業(yè)的 1.5 倍。而 2022 年，中國新能源汽車專利申請(qǐng)量已經(jīng)成為世界第一，占全球新能源汽車專利總申請(qǐng)量的 41.20%。
這樣的趨勢，目前似乎正在人形機(jī)器人領(lǐng)域重現(xiàn)。
人民網(wǎng)研究院最近發(fā)布的《人形機(jī)器人技術(shù)專利分析報(bào)告》顯示，中國在人形機(jī)器人專利申請(qǐng)方面增速明顯。
2015 年，中國人形機(jī)器人專利申請(qǐng)量（261 件）首次超越日本（214 件）；2016 年，中國專利申請(qǐng)量首次成為全球第一（721 件）；2022 年，中國專利申請(qǐng)總量（6596 件）超過日本（6058 件）成為全球第一；在眾多人形機(jī)器人企業(yè)之中，中國企業(yè)優(yōu)必選科技又以 763 件專利，超過了本田、特斯拉等，成為全球持有人形機(jī)器人有效技術(shù)專利最多的企業(yè)。
在人工智能為通用人形機(jī)器人帶來新的想象力之際，特斯拉、亞馬遜、微軟、三星等多家全球巨頭企業(yè)都在紛紛投入人形機(jī)器人的研發(fā)中。而在國內(nèi)，人形機(jī)器人也在 2023 年成為了最受關(guān)注的新興產(chǎn)業(yè)之一。《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，提出到 2025 年，我國人形機(jī)器人創(chuàng)新體系初步建立；國內(nèi)首家省級(jí)人形機(jī)器人創(chuàng)新中心也在北京成立。憑借在人形機(jī)器人行業(yè)積累的專利優(yōu)勢，中國的人形機(jī)器人公司中，或許將走出一個(gè)新的「比亞迪」。
01
人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)爆火
近幾年來，無論是國內(nèi)還是國外，各個(gè)大公司都在人形機(jī)器人方面動(dòng)作頻繁。
馬斯克 2022 年宣布的 Optimus 機(jī)器人，據(jù)稱將在 2023 年開啟量產(chǎn)，而亞馬遜投資過的 Agility Robotics 正在打造世界第一個(gè)人形機(jī)器人工廠，據(jù)稱可以每年量產(chǎn)一萬臺(tái)人形機(jī)器人。
在中國，僅世界機(jī)器人大會(huì)上，就展出了十幾款人形機(jī)器人，其中一半以上都在近一年發(fā)布。其中，不但有小米這樣的科技巨頭入局，也有不少曾經(jīng)專注于四足或其他機(jī)器人的公司入局。更有前華為天才少年稚暉君在二月成立人形機(jī)器人公司，3 個(gè)月內(nèi)就成為獨(dú)角獸的傳奇故事。
8 月舉行的成都第 31 屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)上，優(yōu)必選科技自主研發(fā)的 Walker 系列大型人形機(jī)器人，還登上了閉幕式的舞臺(tái)，這是世界性綜合運(yùn)動(dòng)會(huì)閉幕式首次采用大型人形機(jī)器人。
這不是優(yōu)必選人形機(jī)器人第一次參與這種大型活動(dòng)，此前，Walker 系列人形機(jī)器人已經(jīng)在迪拜世博會(huì)中國館、沙特 NEOM 新未來城、中國科學(xué)技術(shù)館等場所實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。弗若斯特沙利文的報(bào)告顯示，Walker 是中國第一款實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的大型人形機(jī)器人。
人形機(jī)器人近年受到極高關(guān)注的背后，是產(chǎn)業(yè)超半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程。
早在 1969-1995 年，以早稻田大學(xué)的人形機(jī)器人 WABOT 為代表的人形機(jī)器人已經(jīng)嘗試開始緩慢靜態(tài)行走。1996-2015 年，人形機(jī)器人開始連續(xù)動(dòng)態(tài)行走，開創(chuàng)者是本田的人形機(jī)器人 ASIMO。2016 年至 2020 年，我們開始看到波士頓動(dòng)力的人形機(jī)器人進(jìn)行令人驚嘆的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
不過，人形機(jī)器人真正的商業(yè)化，在過去卻并不是一帆風(fēng)順。波士頓動(dòng)力公司被幾度出售，2018 年，曾經(jīng)開創(chuàng)人形機(jī)器人先河的本田 ASIMO 機(jī)器人宣布退役，2021 年，一度生產(chǎn)過 27000 臺(tái)人形機(jī)器人的軟銀機(jī)器人公司，宣布停產(chǎn) Pepper 人形機(jī)器人。
其中部分的原因，來自過去的人形機(jī)器人，雖然擁有動(dòng)作能力，但大腦，即上層的邏輯推理、決策、規(guī)劃和與環(huán)境的交互不足，使得人形機(jī)器人的應(yīng)用范圍并不廣泛。同時(shí)，成本的高企也是人形機(jī)器人商業(yè)化艱難的原因。
不過，進(jìn)入 2021-2022 年，人形機(jī)器人的商業(yè)化前景出現(xiàn)了新的變化。
AI 大模型的出現(xiàn)，突破了人形機(jī)器人的智能局限，推進(jìn)人機(jī)交互方式的變革，人形機(jī)器人也正讓 AI 大模型照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
在世界機(jī)器人大會(huì)上，優(yōu)必選科技創(chuàng)始人、董事長兼 CEO 周劍提到，人形機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化落地階段，公司將聚焦于人形機(jī)器人的三大應(yīng)用場景，包括工業(yè)制造、商用服務(wù)和家庭陪伴。他透露，目前優(yōu)必選科技正在與國內(nèi)智能制造頭部企業(yè)以及高端智能裝備解決方案企業(yè)探索人形機(jī)器人在新能源汽車、3C 電子、智慧物流等工業(yè)場景的應(yīng)用。
特斯拉和小米同樣在探索人形機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域的落地可能。在特斯拉 2023 年 Q2 業(yè)績說明會(huì)上，馬斯克表示，計(jì)劃明年在特斯拉工廠進(jìn)行 Optimus 的實(shí)用性測試。根據(jù)特斯拉透露的未來方向，Optimus 的應(yīng)用場景未來會(huì)涉及工業(yè)生產(chǎn)，也就是由人形機(jī)器人全程接管汽車生產(chǎn)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)真正的無人生產(chǎn)。小米也透露，未來，小米的仿人機(jī)器人將融入小米制造、智能制造多個(gè)場景來做產(chǎn)業(yè)驗(yàn)證，進(jìn)行規(guī)?；尿?yàn)證，實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人在制造場景當(dāng)中的數(shù)據(jù)積累和模型迭代。
目前，通用人形機(jī)器人或許正在大規(guī)模商業(yè)化的前夜。從上面提到的優(yōu)必選、小米、特斯拉三家代表性人形機(jī)器人企業(yè)的動(dòng)向來看，三家企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域的商業(yè)化布局及技術(shù)積累進(jìn)展較快。
據(jù)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測，至 2030 年，全球人形機(jī)器人市場預(yù)計(jì)達(dá)到 300 億美金以上，從 2022 年-2030 年，年均增速約 52.2%。
人們希望人形機(jī)器人能夠借由更低的成本和更智慧的大腦，進(jìn)入家居、工業(yè)生產(chǎn)、迎賓等各個(gè)領(lǐng)域，替換只能進(jìn)行簡單操作的機(jī)器人，且能夠更好地適應(yīng)人類的環(huán)境。
人形機(jī)器人的通用性，在其中起到了關(guān)鍵作用。和一般機(jī)器人不同，人形機(jī)器人能夠完成外界感知、雙足行走、使用工具、行為交互等一系列任務(wù)，這所需要的技術(shù)不僅僅在機(jī)械一個(gè)領(lǐng)域。以特斯拉的機(jī)器人為例，有研究指出，其成本近 40% 來自于其 FSD 系統(tǒng)（完全無人駕駛系統(tǒng)，用于機(jī)器人的感知和任務(wù)規(guī)劃）。
這些領(lǐng)域的技術(shù)，需要持續(xù)的長期的科研積累。《人形機(jī)器人技術(shù)專利分析報(bào)告》顯示，2009 年以來，曾經(jīng)在人形機(jī)器人領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的日本專利申請(qǐng)量平緩發(fā)展，本田等公司的專利逐步失效——這從本田 2018 年放棄 ASIMO 機(jī)器人中可見一斑。
在行業(yè)原本的領(lǐng)頭人放緩腳步的時(shí)候，中國卻在迎頭趕上。
《人形機(jī)器人技術(shù)專利分析報(bào)告》顯示，自 2014 年起，中國的人形機(jī)器人專利申請(qǐng)?jiān)鏊亠@著，在十年的高速發(fā)展下，中國的企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)站在比先發(fā)者更有優(yōu)勢的風(fēng)口。以優(yōu)必選科技為代表的企業(yè)和以清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校為代表的研究機(jī)構(gòu)起到了關(guān)鍵作用。
02
人形機(jī)器人的
核心技術(shù)更復(fù)雜
不同于工業(yè)機(jī)器人，人形機(jī)器人核心技術(shù)可分成本體結(jié)構(gòu)、核心零部件、智能感知、驅(qū)動(dòng)控制、支撐環(huán)境五個(gè)主要模塊。
雖然核心零部件方面，人形機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人一樣，需要使用減速器、伺服電機(jī)和控制器，但是人形機(jī)器人的整體技術(shù)更加復(fù)雜。
比如，人形機(jī)器人的一大難點(diǎn)來自于雙足行走，在行走時(shí)能夠保持一定速度的前行，同時(shí)維持平衡。這不但需要機(jī)械上控制器接受具體指令，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器等器件執(zhí)行，如何執(zhí)行需要驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)中的運(yùn)動(dòng)控制來判斷，而能夠平穩(wěn)行走，也與本體設(shè)計(jì)中的關(guān)節(jié)和腿的設(shè)計(jì)有關(guān)。
「從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的移動(dòng)，首先需要機(jī)器人對(duì)環(huán)境有一定感知能力，從而規(guī)劃出一條合理的路線，使用運(yùn)動(dòng)控制算法測算出合理的「關(guān)節(jié)」力量配比，當(dāng)機(jī)器人開始移動(dòng)時(shí)還需要「關(guān)節(jié)」能夠快速響應(yīng)，準(zhǔn)確地完成預(yù)期動(dòng)作，」優(yōu)必選科技 CTO 熊友軍此前接受 21 世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者采訪時(shí)表示，「幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都關(guān)系到不止一項(xiàng)復(fù)雜的核心技術(shù)?！?/p>
《人形機(jī)器人技術(shù)專利分析報(bào)告》將人形機(jī)器人關(guān)注的核心定義為穩(wěn)定可靠、生動(dòng)自然、準(zhǔn)確精確、提高效率、智能化等幾個(gè)重點(diǎn)。
很明顯，在生動(dòng)自然、穩(wěn)定可靠和智能化方面，人形機(jī)器人需要具備的技術(shù)特點(diǎn)，不僅僅局限于機(jī)械上的能力。
從專利的不同技術(shù)分支的申請(qǐng)中，也可以看出這一點(diǎn)。自 2000 年后，人形機(jī)器人重點(diǎn)技術(shù)分支上升的最明顯的，是本體結(jié)構(gòu)部分（機(jī)器人的頭部、肩頸、手臂、下肢、胸腹、關(guān)節(jié)和其他結(jié)構(gòu)），其次是智能感知和驅(qū)動(dòng)控制。
具體而言，在本體結(jié)構(gòu)部分，關(guān)節(jié)和腿的研發(fā)占據(jù)了核心地位，在智能感知方面，專利主要布局在機(jī)器視覺、路徑規(guī)劃方向；在驅(qū)動(dòng)控制方面，專利主要布局在步態(tài)控制方向。這與人形機(jī)器人的行走難點(diǎn)是一致的。
而核心零部件，雖然對(duì)于機(jī)器人的整體運(yùn)作十分重要，但在人形機(jī)器人更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)專利面前，專利數(shù)量整體反而顯得較少，主要集中于減速器方向。
數(shù) 據(jù)來源： 《全球人形機(jī)器人技術(shù)專利分析報(bào)告》
人形機(jī)器人的特點(diǎn)，注定需要人形機(jī)器人企業(yè)需要深耕全棧式技術(shù)領(lǐng)域。
事實(shí)上，全球知名的機(jī)器人公司，也都展示出了類似的趨勢。包括本田、索尼在內(nèi)的機(jī)器人公司，都是在全領(lǐng)域進(jìn)行專利布局。
數(shù)據(jù)來源：《全球人形機(jī)器人技術(shù)專利分析報(bào)告》
而在這個(gè)領(lǐng)域，來自中國的企業(yè)和高校表現(xiàn)同樣十分亮眼。以優(yōu)必選科技為例，其已經(jīng)布局了人形機(jī)器人全棧式技術(shù)，包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)視覺及語音交互技術(shù)、SLAM 及自主技術(shù)、視覺伺服操作及人機(jī)交互、機(jī)器人操作系統(tǒng)應(yīng)用框架 ROSA。
因此，從報(bào)告中可以看出，在本體結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制的專利申請(qǐng)數(shù)量上，優(yōu)必選科技都排在了中國第一、全球第二的位置，在智能感知方面，也排在世界前列，這三個(gè)領(lǐng)域正是世界人形機(jī)器人專利最集中的領(lǐng)域，顯示出其研究一直緊跟行業(yè)前沿，甚至處于引領(lǐng)位置。清華大學(xué)也在人形機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)專利上位居世界前列。
而且，優(yōu)必選科技在核心零部件上的專利申請(qǐng)上，也處于中國第一、世界第二的位置。行業(yè)普遍認(rèn)為，在機(jī)器人研究領(lǐng)域，中國的視覺算法能力并不弱于國外，而核心零部件因?yàn)檠邪l(fā)歷史問題，在許多領(lǐng)域暫時(shí)不能做到國產(chǎn)化替代。而優(yōu)必選科技通過自主研發(fā)，是世界上少有的可以完成小扭矩到大扭矩（扭矩從 0.2Nm 到 200Nm）伺服驅(qū)動(dòng)器批量生產(chǎn)的公司之一。
03
人形機(jī)器人，
從落后到領(lǐng)跑？
從過往歷史來看，人形機(jī)器人是屬于日韓和歐美的領(lǐng)域。尤其是日本，早在半個(gè)世紀(jì)以前，日本早稻田大學(xué)加藤一郎教授就在在 1973 年創(chuàng)造了 WABOT-1，這是世界上第一個(gè)完整的人形機(jī)器人。而在核心零部件上，如減速器上，日本的哈默納科在諧波減速器中，納博特斯克在 RV 減速器中，也幾乎處于壟斷地位。
這樣的壟斷趨勢也在日本的專利申請(qǐng)中表現(xiàn)出來，2012 年到 2022 年，日本的人形機(jī)器人專利集中度在 80% 左右波動(dòng)，顯示出了很強(qiáng)的壟斷度。
類似的情況在韓國和歐洲更甚。韓國的專利申請(qǐng)主要來自三星，此外還有部分來自韓國科學(xué)院和現(xiàn)代汽車，經(jīng)過 2009 年至 2011 年的峰值期后進(jìn)入下行階段。法國專利申請(qǐng)人主要來自軟銀機(jī)器人歐洲公司和奧德巴朗，在 2015 年集中申請(qǐng)了一批專利后專利申請(qǐng)量再次變低。兩個(gè)國家的專利集中度在 2022 年都達(dá)到了 100%。
美國的專利集中度雖然低于日韓和歐洲，也在 50% 上下波動(dòng)。這些都顯示出發(fā)達(dá)國家大公司在過去人形機(jī)器人上的深厚積累。
這與中國人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了極大的對(duì)比。中國的人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，但近年來發(fā)展較快，無論是在核心零部件的國產(chǎn)化替代上，還是在機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)控制上都在不斷創(chuàng)新，涌現(xiàn)出了一批分散于各個(gè)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)企業(yè)。
比如優(yōu)必選科技，目前擁有的有效專利數(shù)已達(dá)世界第一，年均研發(fā)投入比例超過 50%。根據(jù)報(bào)告顯示，優(yōu)必選科技近五年年均申請(qǐng)專利數(shù)量接近 200 件，專利申請(qǐng)總量排名靠前的本田、豐田、三星、索尼等企業(yè)，近 5 年年均申請(qǐng)量以及占比均遠(yuǎn)低于優(yōu)必選科技。
在企業(yè)外，如清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、之江實(shí)驗(yàn)室等高校及科研機(jī)構(gòu)，同樣在近年的人形機(jī)器人技術(shù)專利申請(qǐng)活躍度上位居全球前列。
核心零部件方面，國產(chǎn)品牌市占率也在快速提升。包括雙環(huán)傳動(dòng)、綠的諧波等公司研發(fā)的減速器，市場份額也在上升。
優(yōu)必選科技 CTO 熊友軍在接受采訪時(shí)曾表示：「中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)雖然和美國、日本相比起步較晚，但我們具有后發(fā)優(yōu)勢，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈比較全，很多核心元器件在國內(nèi)都有較好的供應(yīng)商。」
這樣的行業(yè)格局在專利申請(qǐng)中也能體現(xiàn)出來。2014 年后，中國的專利申請(qǐng)數(shù)量增多，而專利集中度則在 20%-30% 間波動(dòng)，沒有出現(xiàn)明顯的壟斷格局，顯示出了很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)活力。
在這樣的專利格局下，可以預(yù)測，在即將到來的人形機(jī)器人商業(yè)化浪潮中，產(chǎn)業(yè)活力極強(qiáng)的中國、積累深厚的日本和擁有特斯拉、Agility Robotics 這樣推進(jìn)量產(chǎn)的公司的美國將收獲更多紅利。
硬科技的商業(yè)化從來都是厚積薄發(fā)。正如比亞迪布局電動(dòng)化汽車多年，才能取得現(xiàn)在的成績。中國的人形機(jī)器人行業(yè)，未來或許有機(jī)會(huì)跑出一個(gè)新的「比亞迪」。
本文源自：極客公園
