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进击的机器狗:酝酿、起势、挣扎
作者:武静静 编辑:宋家婷 2021-09-28


苍凉的末日世界里,被机器狗猎杀到灭绝边缘的人类只能在逃亡中求生。


为了安慰即将死亡的侄儿,贝拉和两位伙伴决定驱车外出,寻找玩具熊。意外发生在一间幽暗的仓库中,在他们搬运东西时,休眠的机器狗被触发。

一场残酷的追杀开启。

最终,被追踪器刺入动脉的贝拉在绝望中割喉自杀,另一波检测到信号的机器狗接踵而至。

这是科幻剧《黑镜》第四季第五集《Metalhead》中的场景,全片呈现黑白的色彩,预示着这是机器狗眼睛中的世界,也代表着它们是当前世界的绝对武器。

剧中的机器狗无比强大——不仅行走飞速,还能精准射击,远程定位感应,甚至还会控制车辆、破解门禁、持刀攻击、释放追踪器,即使被摔在车内也能断腿逃脱,仅依靠剩下的三条腿依旧健步如飞。

手持刀,正在寻找贝拉的Metalhead

部分想象正照进现实。

2005年,美国军方向阿富汗派遣了一种叫大狗(英文名:Big Dog)的特殊机器人,作为增兵计划的一部分。战场上的大狗不仅跑得比人类快,而且能携带装备物资,跟随士兵不间断行进20公里。


这是公开历史上,人类进行的第一次四足机器人与士兵协同作战的尝试。

探索起于军事却不止于军事。

与科幻片中大量描绘的机器人会成为人类终结者的形象不同,现实中,机器人的拥护者们正在努力打消怀疑和不安,推进机器人与人类生产生活的深度融合,让机器人向成为实用的生产工具,成为人类忠实的伙伴方向努力。

从第一台会写字的机器人、机器鸭、电动机器人,到1928年 W. H. Richards发明的第一个人形机器人,第一个商业机器人“通用机械手” ,再到如今风靡的各种智能机器人,机器人物种大爆发的时代来临。

时光辗转至今,新的时代背景下,在人类与机器人关系探索的迷雾中,四足机器人究竟能带来什么?在技术变迁日新月异的变局中,四足机器人赛道上的科技公司在经历什么?究竟会走到什么样的未来?带着这些问题,我们采访了一些业内创业公司以及对这一赛道有着强烈兴趣的玩家,试图去揭秘未来机器人世界的神秘一角。

1.被人类创造的狗


机器的时代,创造生物的特权交到了人类手中。高校实验室、企业研发中心、科研部门都是机器人的出生地。

Big Dog大狗源自一家知名的美国机器人公司——波士顿动力。其创始人马克·雷伯特被业内人士称为机器狗之父。

1979年,马克·雷伯特从美国麻省理工学院博士毕业之后,整个八十年代都在美国卡内基梅隆大学和麻省理工学院做教授,潜心研究足式机器人的控制。

1992年,还在麻省理工任教的雷波特与他人一同创办了波士顿动力。最初,公司主要为美国陆军提供机器人研究制造,服务包括美国国防高级研究计划局(DARPA)在内的很多军方机构。

目前已经71岁高龄的雷波特将半辈子的时光倾注在机器人事业上,在他的带领下,公司不仅先后研发出大狗Big Dog 和Atlas等多款享誉世界的机器人明星,还推出了现象级产品SpotMini、Handle等。

马克·雷伯特(Marc Raibert)在“欢迎使用移动机器人的未来”中发表演讲

时至今日,在四足技术能力上,没有人质疑波士顿动力的领先地位。从踹不倒的机器人Big Dog,能担能抗的大力士LS3; 再到“野猫机器人”Wild Cat;小巧灵活的机灵鬼Spot和Spot Mini。公司每隔一段时间就会有新品推出,并在Youtube上引发热议。

分类上来看,这种拥有四条腿的四足机器人属于腿式机器人的一种,外形与四足动物相似,可以自主行走。这种类生物属性是雷伯特的兴趣所在:“我爱机器人,我的长期目标是让机器人像动物和人一样运动自如。而在我看来,这需要全面的开发设计,包括硬件、软件以及运动行为,只有三者达到协调,才是一款我心目中的机器人。”


装上手臂的SpotMini

从最初针对特定动作发明的机械臂,再到作为机器人发展的高级阶段的腿式机器人,机器人群体在技术发展中不断进化。

腿式运动扩展了机器人的应用范围,让他们可以像人类和动物一样,行走在不同的地理环境中,完成多种复杂的运动,并且能够借助腿式运动控制器,穿越一些人类无法抵达的极限环境。目前大量的研究主要集中在双腿、四腿和六腿机器人上,对单腿和八腿机器人的研究相对较少。

设计师马特-丹顿设计出了全世界最大的六足机器人

相较于传统的轮式或履带式机器人,四足机器人平衡性优点体现在:可以在不规则和不平坦的地形环境中自如运动,并且突破崎岖地形中的障碍物,保持平衡和稳定。科幻剧中,机器狗Metalhead不仅在山川河流楼梯间健步如飞,要不是因为一条腿被废,甚至可以爬树。

以波士顿动力的大狗机器人Big Dog为例,其不仅能够负重40多公斤,跨越障碍物,还能到达车辆到不了的复杂地域,为士兵运送弹药、食物等补给。另一款机器狗Spot不仅可以去任何指定的地方,还能在极端环境中保持平衡,行走在大雨、多尘和极端温度(-25°C—45°C)的环境中。比如在恶劣的工业场景下监测建筑工地施工情况,以及对天气、石油、电力设施以及公共安全进行远程检查等。

正在进行泄漏检测的Spot

与双腿机器人相比,四足机器人具备高有效载荷和极强的平衡能力,也更易于控制、设计和维护。“不同于高大的人形机器人,四足机器人相对小巧,抗摔打,就算跌倒也不会造成大的破坏性。”一位四足机器人业内人士告诉「甲子光年」。

早于波士顿动力的研发,在上个世纪,第一台四足机器人已经在实验室出现。1968年,美国GE公司Ralph Moshe曾经为步兵设计了一款设备Walking Truck,这一设备由四条相同的机械腿与机体相连接,机器人的整体运动是由操作人员通过控制换向阀控制四肢的动作来实现,当时的设备尚不能智能控制,只能依靠设备中的力反馈和操纵者来判断运动情况。


此后的1976 年,日本东京工业大学先后研究出一系列机器人,如形似蜘蛛的 KUMO—I 四足机器人、PV—II 以及 TITIN系列四足机器人。1984年,美国俄亥俄州立大学的McGhee教授设计了历史上第一个用电子计算机控制的足式机器人OSU Hexapod。

1976 年的 OSU Hexapod ,那时候还没有立体相机

最初都是实验室的研发项目,直到20世纪90年代之后,美国和日本才有公司开始进行商业化足式机器人的尝试,如波士顿动力、本田、丰田、索尼等企业。

从军事拓展到其他工业场景,从实验室走到到企业,四足机器人正在这场新科技革命和产业革命交汇中不断向前,参与到这场人与机器的集体进化中。

2.众狗拾柴火焰高


国内今年也迎来了四足机器人的集体亮相。盘点今年下半年机器人领域的网红,最近正在全国巡演的“铁蛋”一定名列前茅。

今年8月,在雷军年度演讲中,铁蛋(英文名“CyberDog”)压轴出场,作为小米首款仿生四足机器人。登台之后,铁蛋不仅在雷军的语音指令下,扭身和观众打了招呼,还现场表演了翻跟头。小米集团副总裁常程谈到,铁蛋最初只是小米工程师利用业务时间开发的小项目,被雷军发现之后才开启正式研发,目前还处于工程探索阶段,正在做的是保证设备的稳定和基础功能的体验。


小米之外,许多头部科技公司也瞄准了四足机器人领域。今年9月,鹏行智能发布了全球首款可骑乘智能机器马(花名:小白龙)。这家公司于2020年获得何小鹏及小鹏汽车的投资。


自动驾驶与四足机器人的底层逻辑极其相似,机器人作为载体,可以承接诸多的技术和应用,也有利于小鹏扩充产品矩阵和拓展生态应用。”前述业内人士告诉「甲子光年」:“鹏行智能很早就进行足式机器人相关领域的研究了,这也不会是个例。未来,一定还会有其他的车企进入四足机器人市场。

腾讯的四足机器人亮相要更早一些。去年11月,四足移动机器人 Jamoca首次亮相,并现场完成了走梅花桩的复杂挑战。今年3月,公司又发布首个软硬件全自研的多模态四足机器人Max,不仅会站立拜年,还能依靠其肘部的滑轮直立前进,在平坦的地面上,Max的最高速度可达25km/h。

腾讯方面解释称,不同于预先设计好规则之后做重复运动的工业机器人,Robotics X 实验室更关注机器人有意识、有判断的自主特性研究,目的就是要在有很大不确定性的动态环境里,能够实现机器人的自主判断、自主决策,并自主完成任务。

大企业的动作在社交平台引发热议,也勾起了很多人对四足机器人的好奇心,让市场又火了一把。一位业内人士告诉「甲子光年」,“今年,好多人主动找上门来,都想了解四足机器人,真是前所未有,而小米等其他大玩家的进入,对行业来说都是好事,也让更多的钱,更多的人才,更多的用户关注到四足机器人领域。”

破圈背后,国内的四足机器人也经历了长足的发展。和国外相似,国内四足机器人最早也诞生于高校实验室:1989年,北京航空航天大学就研发了四足步行机,1991年,上海交通大学马培荪等已经研制出JTUWM系列四足步行机器人。后者有四条腿,每条腿有3个自由度,由直流伺服电机分别驱动。

相较国外四足机器人的发展和技术水平,国内的发展起步晚,水平相对较低,在系统理念、关键器件、基础术等方面存在较大差距。放眼未来,随着四足机器人迈向智能化,世界范围内的四足机器人的市场化发展都处于早期阶段,这也为中国科技企业带来了新的机遇。

目前除了知名企业小米、腾讯、小鹏、优必选等在尝试入局之外,宇树科技、云深处、蔚蓝科技、哈崎机器人等多家创业公司也在崭露头角,探索着不同的发展路径

2021年春晚的《牛起来》节目中,四足机器牛“犇犇”亮相,与刘德华、关晓彤等明星同台表演,不仅会扭屁股,翻跟头,走太空步,还能在演出结束后帮忙送盒饭,这股可爱灵动、勤劳卖力的劲儿头赚足了眼球,在社交媒体引发热议。


作为机器狗“犇犇”的“父亲”,宇树科技创始人王兴兴非常意外能收到这么多朋友的喜爱和关注,他在知乎中分享了这场表演一波三折的筹备过程:“从2020年10月接到节目邀请到首次彩排结束,舞台服装、视觉定位系统、无线通讯系统都是挑战,好在最后都克服了。”

与“犇犇”同台亮相的还有优必选的“拓荒牛”,公司称,其研发团队也是历经三个月,攻克多项技术难点才得以有最后的呈现。

优必选的拓荒牛:本体重量60kg,最大负重达到15kg。

在亮相春晚广为人知之前,宇树科技已经在四足机器人这个行业摸爬了近五年之久,作为最早进军这个领域的公司之一,创始人王兴兴在硕士在读期间就独立研发出了XDog四足机器人。之后,他从大疆辞职之后他开启了自己的创业历程。目前宇树科技已经开发出了多款四足机器人,包含Laikago、AlienGo、Unitree A1、犇犇、Go 1等。

浙大系的云深处科技则创立于2017年底,创始人朱秋国从本科到博士阶段,一直在机械电子工程、控制科学与工程学科研究方向进行深度探索,公司在售的有三款四足机器人:绝影Mini、绝影、绝影Pro,目前已同国家电网、南方电网、广联达等企业开展长期深度合作。

“绝影”应用于电力相关场景中

值得注意的是,腾讯的四足移动机器人 Jamoca本体是基于绝影硬件系统技术进行的开发与承载,腾讯 Robotics X 实验室负责的部分则是智慧大脑的改造。

新进入者也在走向台前。2019年,原去哪儿网CEO谌振宇创立哈崎机器人,在经过20多个项目考察后,锁定高端陪伴类四足机器人。今年8月,公司正式推出第一款智能产品,并将定向发售部分消费者。据谌振宇介绍,这是市场中首款摆脱遥控器、可真正表达自己意识的家用智能机器狗产品。“不仅能上下楼梯、跨越障碍,还能听懂主人说话,陪主人跑步,可完全扮演‘陪伴’的角色。”


小米旗下的顺为资本也是哈崎机器人股东,其公司股东还包括北极光创投领投,梅花创投等。谌振宇告诉「甲子光年」,“这两年,不管是资本还是需求方,对于四足机器人的关注度明显提升。”

3.现实争议:商业化


理想是丰满的,现实是骨感的。

尽管产品扎堆亮相,知名资本也在入场,但看似风风火火的四足机器人市场,在现实的商业世界中,也面临着重重考验和挑战。目前,包括波士顿动力在内的所有四足机器人公司都面临着商业化落地的难题,也带来一些现实的争议。

以波士顿动力为例,其在2005年就推出Big Dog,但直到2019年才宣布将四足机器人Spot开始商业化。这份售价高达74500 美元的产品包中包含着Spot 机器狗本狗、两块电池、电池充电器、平板电脑控制器、机器狗外壳、电源盒及 Spot API 的 Python 客户端包。

质疑的声音来源于两个方面,首先就是价格高,这台机器狗的售价相当于一辆特斯拉Model S。其次,在实际使用中,机器狗仍旧存在续航、噪音等难以避免的缺点,最终愿意买单的也只有少数不差钱的企业、科研机构和狂热爱好者。有网友调侃:“这是一家属于未来的公司,不属于现在。”

高昂的价格背后是高昂的成本投入。波士顿动力Spot系列之所以能够撒欢耍酷,离不开最尖端的平衡控制算法、液压驱动技术与感知、导航与传感等人工智能技术。公开数据显示,软银为了支持波士顿动力开发面向企业和消费者的商业化机器人Spot Mini,投资了3700万美元,相当于2.3亿人民币

高企的研发成本在机器人行业是普遍现象。比如美国机器人公司Ghost Robotics的产品成本也一直居高不下,该公司2019年公布的ANYmal C 最新版本,单个关节单元售价就在一万欧元左右。日本本田技研工业株式会社研制的仿人机器人ASIMO造价更是高达300万-400万美元。

高成本带来的高售价,没有绝对的不可替代性是制约四足机器人走向工业市场的要因。虽然行业场景设定了建筑工程、矿物开采、安防、救灾、运输等广泛领域。但单从74500 美元的价格上来看,“对一些预算没那么充足的地方政府和中小建筑企业而言,纵然技术先进,但价格过高,并不在可承受范围之内。而在针对某种特定需求的一些细分领域,厂商可以采用针对性的性价比最高的原料配件与制作方式完成大批量生产,不一定依赖于四足机器人的单一解决方案。”一位机器人行业人士告诉「甲子光年」。

不能量级销售意味着商业化上依旧未知。尽管2020年之后,波士顿动力也在尝试更多商业化落地的可能性,比如:通过 Spot 帮助医院对患者进行远程分类;对其医疗机器人工具包开源;为 Spot 配备 iPad 和双向收音机,用于视频会议的双向收音机等等,但看起来效果寥寥,并不能帮助公司解决困境。

Spot机器人在波士顿一家医院使用,帮助治疗冠状病毒

2021年初,波士顿动力被软银集团以9.21亿美元的价格出售给韩国现代汽车集团——此前波士顿动力已经历多次易主,相较2013年被Google收购时的30亿美元,公司估值可谓缩水严重。

与波士顿商业化窘境不同,国内四足机器人公司的商业化探索明显更多元化。总体来看,目前国内四足机器人正在朝着to C和to B的方向齐头并进:

  • to C:定位个人以及家庭服务场景;
  • to B:在特定的消防、巡检、军警等领域执行任务。


以宇树科技为例,相关负责人告诉「甲子光年」,现阶段,公司一方面在重点发展消费级市场,另一方面也在持续开拓to B市场。此前,公司发布的多款四足机器人中,AlienGo为行业功能性机器人,Unitree A1为面向酷玩教育市场的机器人。

2021年6月,宇树科技发布消费级高性能四足机器人产品Go1,适用于外出陪跑、散步等场景。“Go1的奔跑速度可以和最顶级的马拉松选手相媲美,完全可以跟上日常跑步锻炼的速度,不同于常见的跟随模式,和Go1外出时,他在你的侧向余光视线内,不用担心会跟丢。”前述负责人谈到,“我们希望能够通过Go1打开消费级机器人进入家庭生活的门槛”。在他看来,四足机器人天然具备科技、日用、教育等to C属性,是最有机会率先走入大众生活的仿生机器人产品


他的这一观点与哈崎机器人CEO谌振宇不谋而合。但产品价格仍旧是二者跨不过去的坎儿。宇树科技Go1的低配版本售价仍为1.6万元人民币,哈崎机器人尚未正式上市的“铁汪汪”官方目前预期价格也要几万元。

万元级别是四足机器人能否在C端市场广泛普及的关键价格,也是全行业都在努力的一个方向。”谌振宇告诉「甲子光年」。他预计四足机器人成本降到1万元以下的时间节点不会超过五年,快的话可能就两三年。

4.成本控制系“在读生”

面对商业化的压力,技术稳定与成本控制是四足机器人公司要攻克的两大难题。

首先是技术的稳定性。检验四足机器人技术最好的方式就是看看他点亮了多少种技能。爬楼梯已经是小菜一碟,目前Spot机器狗已经会很多花样,翻跟头、跳舞、跳绳、捡垃圾、倒啤酒都不在话下。

这些满点的技能背后,是四足机器人三大核心能力的验证:平衡性和动态运动能力、运动控制能力、移动感知能力,这也是检验一个四足机器人产品性能的关键指标。一个好的四足机器人能够在任意地方、任何地形保持平衡,自由活动,并可以灵活的操控物体,在移动的过程中轻松完成各项操作任务。同时还可以感知空间中物体的稳定存在,有效避开障碍。

从部分用户的体验反馈来看,目前市面上很多四足机器人在技术稳定性上还有待进步。智能科技爱好者大包子狸在试用过小米“铁蛋”之后告诉「甲子光年」,小米这个“工程探索版”机器狗在上下楼梯、避障等方面还存在bug,“现在的功能还没展示更多的实际能力,普通人接受还是有疑虑”。

在谌振宇看来,四足机器人本身的硬件和控制还有较多问题没有很好的解决,需要更多的硬件创新,来突破运动性能和可靠性,同时依旧需要更多适应性更广的算法,他认为,硬件的边界是软件。

具备充分的技能之后,把控研发节奏,有效降低成本是四足机器人企业需要攻克的第二道难题。这也是国内很多公司选择尝试的方向。

不同于波士顿动力的液压驱动,宇树科技、云深处等公司选择了成本较低的电驱动方向。

宇树科技创始人王兴兴在学校做研究期间就坚信:“未来四足机器人想要真正实现落地、产业化发展,一定是体积更小、电驱动的版本。”所以,在硕士研究生期间,他就通过改造无人机使用的无刷电调,做出了能够用在机器人动力单元上的小尺寸电机驱动器。并基于此,设计开发了他的第一款产品,也是全球首款外转子无刷电机驱动的小型高性能低成本四足机器人—XDog。

得益于技术研究方面的早期实践与经验优势,宇树科技先后获得了红杉中国、初心资本、顺位资本的青睐。相关负责人告诉「甲子光年」,“这也是公司的核心竞争优势所在,自研设备和技术是有效控制成本的关键,尤其是电机,以及电机里面最主要的减速器、驱动器等核心的模块,这些方面我们都是完全自主进行的研发。”他谈到,目前公司累计申请的专利共有约90余项,其中公开授权的有60余项,是目前国内四足机器人领域专利数量最多的。

目前来看,国内四足机器人在成本控制上已经找到了自己的方向,不管是蔚蓝科技的第五代阿尔法狗,还是宇树科技的A1和Go1,都已经把价格控制在两万元之内,是波士顿动力Spot售价的二十分之一。

其他家还在绞尽脑汁的控制成本,含着金汤匙出生的“铁蛋”一现世就放了大招——定价 9999。但这次的低价却并非得益于供应链优势,业内人士告诉「甲子光年」,小米的铁蛋看似击穿了四足机器人全行业产品的万元大关,实则每卖出一台要亏损近4万元。“12组自研高性能的伺服电机、21TOPS算力的英伟达边缘计算超级芯片,英特尔的实感深度模块,成本明显很高。”

在他看来,小米不需要靠机器狗产品挣钱,背后的筹谋是深度开源计划——将仿生四足机器人研发成果逐步向全球深度开源,创造一个中国版开源社区。正如雷军所言:“我们就是想要把小米做成工程师的胜地。

部分人看好小米计划中的开源社区,认为对于技术精进、降低成本以及消费者教育来说都是好事。

对于国内四足机器人公司们而言,即便成本不断下降,但仍旧面临不小的挑战。一方面,在C端消费市场,如何破圈形成规模化销售仍旧需要时间;另一方面在B端行业场景,不同领域的需求迥异性和实际场景的应用磨合也并非一日之功。

“四足机器人是人类科技的必然发展产物,虽然相应的市场需求还没有完全成熟,但我认为接下来几年内需求上会有明显的放量。”一位行业从业者告诉「甲子光年」。更多人认为,四足机器人真正商业落地还需要几年时间。

新的入局者,新的变数,新的难题,未来的一切都不得而知。


机器人会是人类忠实的奴仆?亲密的伙伴?还是潜在的敌人?这一问题的答案似乎也变得无关紧要。


不论是美好还是威胁,一个必须承认的现实是,在新科技革命和产业革命交汇的当下,机器人时代大幕已经拉开,这场人与机器共同参与的“进化”已经势不可挡。


名词解释:
机器人三定律,由法国科幻小说家艾萨克·阿西莫夫在上个世纪末所创造:

  • 第一、机器人不得伤害人类,或坐视人类受到伤害而袖手旁观;
  • 第二、除非违背第一定律,机器人必须服从人类的命令;
  • 第三、在不违背第一及第二定律的情况下,机器人必须保护自己。
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