一个会下棋的人形机器人,背后有哪些技术力量和想象

一个会下棋的人形机器人,背后有哪些技术力量和想象
从垂直场景切入,不让技术「束之高阁」。

中国「国宝」火到国外了。迪拜世博会上,来自全球的参观者特意到中国馆打卡。从 10 月 1 日开馆至今,不到 1 个月的时间里已有超 15 万名观众到访。这里不仅能看到奔赴月球执行任务的「嫦娥五号」「嫦娥四号」探测器模型,一览前沿的北斗卫星导航系统,在复兴号高铁模拟驾驶舱过把驾驶瘾,还能体验到人形机器人提供的智能服务,跟熊猫机器人优悠握手、比心。

这是中国第一次用 AI 将「国宝」带到迪拜。熊猫机器人优悠是优必选科技基于 Walker X 的原型,参考国宝大熊猫的形象,为迪拜世博会中国馆专属定制,它也是中国馆的「和平友好使者」。

熊猫机器人优悠不仅是个优秀的智能导览讲解员,还是中华文化的输出者。它的本职工作是在中国馆智慧生态分展区介绍中国熊猫生态长卷、智慧农业等展项,让观众了解中国在生物多样性保护方面的实践和历来倡导的绿色发展理念。工作之余,它还会教观众打太极、瑜伽、跳舞,表演国风书画才艺,和观众进行握手、比心等互动。

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优必选熊猫机器人优悠在迪拜世博会中国馆与当地观众互动

让全球观众爱上中国创新科技的同时,多才多艺的熊猫机器人优悠也成为了中国馆的「小明星」。新加坡馆政府总代表拉里表示,前不久,旅新大熊猫嘉嘉喜得熊猫宝宝,在新加坡引起轰动,在中国馆看到熊猫机器人表演,倍感亲切。中国馆将大熊猫这一文化符号与高科技结合,独具匠心。

但最让优必选科技 Walker 产品负责人谢铮感到欣喜的不是各国观众的追捧,而是上百场活动下来,机器人的零失误。这意味着,人形机器人的安全性和可靠性正被逐步验证。

2015 年谢铮加入优必选科技,负责 Walker 产品线。2016 年项目初期,Walker 只是一个拥有双腿的原型机,其后的五年时间,研发按下了加速键。2018 年 1 月,第一代 Walker 在 CES 首次展出,它增加了头部两个自由度,可以踢球跳舞,上下楼梯;仅隔 1 年时间,增加了双臂的第二代 Walker 再次亮相 CES。再到今年 7 月,全新一代的 Walker X 在世界人工智能大会全球首发,现在它可以提供多种服务,比如你可以叫它帮你拿瓶水、陪你下棋、给你按摩。而这些肉眼可见的迭代背后是更多深层次的技术进步。

一个会下棋的人形机器人,背后有哪些技术力量和想象

优必选 Walker 迭代史

从外形上来看,Walker 的确越来越像「人」。谢铮对此理解,「人形」能够拉近与人的亲近感,某种程度上满足人的情感需求。人形机器人拥有集文字、语音、视觉、动作、环境等多种方式于一体的多模态交互模式,这样更丰富的信息交互方式让人更容易理解。同时更重要的是,未来机器人要在人类生活的环境中生存和发展,而这个环境对人类是更友好的。比如门把手是为人类设计的,如果机器人没有手,就不能很好地适应这个环境。所以机器人要想在这个环境里工作,最好的方式是具有人的形态,就可以操作很多人类现有的工具,更好地适应人类社会环境。

未来你买一台机器人回家,不只想它「陪聊」,还会希望它能为你服务,帮你做家务。全地形行走能力和灵巧安全操作能力可以让机器人完成一系列复杂的任务。每一次迭代,都是对人形机器人的理解加深。换句话说,从有趣到有用,优必选科技做了很多努力。

01

秀「肌肉」,和调动

肌肉的「大脑」

Walker X 对比上一代身高和体重分别减少了 10cm 和 14kg,最终达到 1 米 3 高、63kg 重。全身配备 41 个伺服驱动关节,扭矩更大,最大可达 200Nm,速度更快,转速 90 转,精度更高。谢铮解释,想要在非常小的重量和体积内实现这些,对于硬件设计本身就是一个挑战。

然而这些在普通人眼中就是 Walker X 能做的更多了。想要机器人跟你下棋,让它更聪明还不够。据谢铮介绍,由于尺寸限制,机器人操作空间有限,如果只靠 7 个自由度的机械臂无法覆盖整个棋盘空间,机器人需要调动腰部、腿部的自由度配合实现全身的运动。当电机数量变多之后,还需考虑电机的协同控制问题。比如机器人起身,手指也会上移,力减小,棋子就会脱落,这时候需要对手臂关节极其细微的调整,给棋子施加一定的压力。

会下棋的 Walker X 对视觉感知也有更高要求。「不同环境中的光照影响,反光情况,相像的字形,甚至棋子是不是正对机器人,都要求我们增加训练数据集,增加 AI 逻辑推理,做可能更对的判断。」谢铮说。这是优必选科技一直在强调的「感控一体」技术,机器人眼睛看到物体,大脑作出反应,手才能动起来。

功能的丰富是表象,背后思考是机器人如何更好适应人类环境。Walker X 行走速度达到 3km/h,基本能达到人类正常行走的速度,这样才能提供更好的人机交互体验。Walker X 还升级了柔顺力控,每个手指都有一个力传感器,在抓握时感受外部作用力。也许不久之后,给你「马杀鸡」的就是 Walker X 技师了。

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Walker X 提供按摩服务

「当红炸子鸡」波士顿动力 Atlas 一段慢跑、跳跃、转身和后空翻的视频再次抬高人们对于机器人机械能力的想象。谢铮表示,机器人能做各种高难度动作,学会跑酷,足以证明机器人的运动能力已经很强,目前运动控制系统的升级已经不是应用落地最直接的技术限制。换句话说,机器人的运动控制能力现在能初步满足应用服务的需求,接下来要去提升它的感知能力和认知能力。

谢铮介绍,Walker X 增加了很多感知类硬件以及算力的提升,目前 AI 还没有充分剖析和理解外界信息,只能在已经学习和验证过的场景中做定制化的服务。设想里,当机器人具备通用的感知和认知能力以后,其在不同的场景就可以快速适应并着手工作。它会知道冰箱在哪,里边饮品都有什么,抓取点在哪,不需要人过多参与任务的设计。

机器人领域很多技术高度密集。「每一毫秒,都要把机器人每个关节位置,外界收到的力,当前速度等估计,整体计算出来下一毫秒手、腿的位置,每个关节应该出的力。背后需要一套非常复杂的算法来系统性集成运动控制,视觉导航,视觉感知,交互引擎系统等。

成立近 30 年的波士顿动力一直专注于机器人的研发,拥有超前的技术,但因为其商业化短板,近年来几经易主。另一头,软银在 2020 年停产了机器人 Pepper,让人唏嘘。孙正义设想里,以「铁臂阿童木」为原型的 Pepper 应该是一个能够真正理解人类情感的机器人。而在大部分行业人士看来,太想「通用化」,无法满足服务型市场的纯粹需求,在当时时间点,造成了它的成本和实现的功能价值不匹配。

「技术难,落地更难」。谢铮感慨。在这片无人区拓荒,企业更需要耐得住寂寞。对于 Walker,优必选科技内部制定了「四步走」循序渐进式的规划,每个阶段对于技术的优化各有侧重。第一步重在运动与交互,这个阶段诞生了 Walker 第一代和第二代;第二步主攻感知与智能,这也就是今年 Walker X 的迭代;第三步转向安全与认知;第四步志在实现全自主。

02

人形机器人如何

从有趣走到有用?

「人形」机器人带着人类对于机械的最终设想。但是在科技和商业之间的来回碰撞,让行业对于人形机器人的思考步入更为务实的阶段。

「仿人机器人能应用的场景,想象空间特别大。」它具有良好的灵活性和适应性,适合与人类协同作业,或代替人类作业,在医疗服务、家庭护理、教育、物流、工程救灾等领域都属于很大的市场。虽然具备潜力,但是技术成熟度,比如电池、材料、传感技术、AI 技术等,以及成本都还没有突破到普及应用的状态,也没有出现被印证足够高效的场景。

优必选科技的选择是当机械能力相对稳定,后期可以通过软件升级,来不断扩展机器人的能力。比如优必选科技接到 2019 年春晚合作需求时,只有两个月的时间,而其团队通过对软件和算法的迭代和调试就成功让 6 台 Walker「上场」了。到了 2020 年的「深圳经济特区建立 40 周年文艺晚会」,不仅数量增加到 7 台 Walker,机器人还要与演员在舞台上进行人机互动表演。但如此高难度之下,其团队最终仍实现了 6 天连续表演 6 场零失误。

「技术希望机器人酷炫,但是市场希望它有用。我希望技术研发都是以市场为目标,这样机器人能在更多实际场景中验证自己的技术,然后有了一定的商业化反馈以后,我们有更多资金去做新技术的探索。技术的领先会随着市场份额扩大实现正循环。」谢铮说。

事实上,优必选科技的确也是这样做的。公司的用于人工智能教育的悟空机器人、智慧物流的 AMR 智能物流机器人、智慧防疫的紫外线消毒机器人 ADIBOT、智慧康养等商业化产品线都用到 Walker 的相关研发成果。

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优必选人工智能教育,智慧物流,智慧防疫解决方案

另外,Walker 也在不断降低成本。Walker 身上的核心零部件——高性能伺服驱动器,就是优必选科技打破国际垄断、实现自主量产的范例。而具体到这一代的 Walker X,它采用 U-SLAM 视觉导航技术,逐步取代激光导航,让机器人导航成本进一步降低,效果也更好。对于算法鲁棒性的不断提升就可以使用成本更低的传感器。Walker X 实现了「模块化」——机器人部分部位,头部、手掌、电池都可以拆卸和组装,为更多场景做匹配。熊猫机器人优悠仅仅在 40 天就完成了从设计到诞生,这正是得益于 Walker X 模块化设计的特点。

当前,Walker 已在科技展馆、展厅导览、影视综艺、人工智能教育和科研开发等领域实现了应用和探索。随着自主智能进一步提升,其将尝试进入更多 ToB 场景(机场、酒店、银行等), 强化其「服务」的功能。优必选科技创始人、董事长兼 CEO 周剑此前就曾判断,过去十年是服务机器人的储备期,未来十年则是黄金发展期,越来越多服务机器人解决方案将在垂直领域落地应用。

而当 Walker 的 AI 能力和安全能力达到一定程度,将会进入 ToC 场景,比如家庭服务。未来十到十五年,随着人口老龄化的加深,对于康养服务机器人的需求也将越来越多,家庭里有一个陪伴和服务功能兼具的机器人或将成为现实。

我们可以对此抱有期待,也许未来某一天,你一回到家,跟你打招呼的不是你的家人,而是一个如家人般的人形机器人。

        

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