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星动纪元:人形机器人加速跑入千家万户
从北京星动纪元科技有限公司的实验室中出发的人形机器人,在崎岖不平的长城上完成行走,未来将走进千家万户,融入万家灯火。
随着人工智能技术的日臻完善,具身智能的涌现为其赋予了实质性的载体。人形机器人,作为通用人工智能“具身化”的具体表现形式,已不再仅仅是概念层面的存在或科幻影片中的虚构形象,而是逐步融入我们的日常生活之中。凭借其独特的功能和卓越的性能,人形机器人已成为众多行业的应用对象。
北京星动纪元科技有限公司(以下简称“星动纪元”)成立于2023年,由清华大学交叉信息研究院孵化,致力于研发能够适应宽领域、多情景、高智能的通用人形机器人。
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人形换人,全栈自主实现
人形机器人作为新兴赛道,正吸引大量初创企业。星动纪元创始人陈建宇表示,人形机器人更贴近人类生活,是星动纪元选择人形机器人赛道的原因。在未来工厂的规划中,会出现工业机器人、协作机器人和人形机器人等多种形态的机器人协同工作的场景,不仅能够实现高效生产,同时部署也将更加灵活。从结构上来看,人形机器人的双臂协同作业要优于单臂操作,并且灵巧手的灵活性、精度也更高。同时,人形机器人移动能力更强,能够在复杂地形进行移动,相较于其他形态的机器人,具有更强的能力和更大的应用潜力。
图1 星动纪元人形机器人“小星”和“小星MAX”
从2022年初星动纪元团队开始研发第一代“小星”,再到后来的“小星MAX”,以及“XHand”灵巧手,星动纪元的技术策略,是逐步迭代和演进。“小星”的推出,目的在于验证整机、关节的初步性能,并对人形机器人进行功能测试。“小星MAX”则是为了推动小型人形机器人全尺寸化。全尺寸人形机器人的设计需要面对诸多挑战,设计足够大扭矩的关节,以支持全尺寸人形机器人在稳定运行的同时保持灵活性。12个自由度灵巧手“XHand”则是用于人形机器人的灵巧操作。在谈及为何不使用市面上现有灵巧手时,陈建宇表示,现有的灵巧手很大程度上不能满足实际需求,包括对高自由度、大扭矩、稳定性和低成本的实际需求,在考察市场后,星动纪元明确要自主研发灵巧手。
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技术创新,实现泛化突破
对人形机器人而言,现阶段限制其技术迭代的最大问题在于数据。为了解决训练数据少、训练难度大、训练成本高的问题,星动纪元聚焦通过虚拟仿真迁移的方式,来解决数据问题。星动纪元训练的DWL步态控制算法,人形机器人本体并未进行任何数据收集,所有数据都源自于仿真,由仿真结果再结合强化学习,能够为人形机器人的训练带来显著益处。陈建宇表示,在仿真环境中,数据收集的过程可以实现加速和并行处理,效率得到了极大的提升,有效解决了数据量不足的瓶颈。陈建宇指出,机械臂、灵巧手、AGV等机器人的数据,以及人类活动和物理世界中发生的所有事件,均可作为人形机器人的数据源。
在人形机器人本体的创新上,星动纪元着重于关节技术的突破,采用低减速比行星齿轮作为本体感知用器,并在电机扭矩密度方面实现了显著的提升,具备快速响应与卓越抗冲击力的双重优势,适用于人形机器人的双腿。此外,星动纪元利用其算法优势,去除了部分高成本传感器,如六维力传感器、关节扭矩传感器,以及直线驱动器等多种关键部件,进一步降低了人形机器人的整体成本。
图2 "小星"在全球范围内首次实现了人形机器人端到端强化学习野外雪地行走
星动纪元人形机器人的硬件部分,除芯片传感器和电池外,其余部分均实现了自主化设计。人形机器人的操作系统及其基座,具身智能和强化学习等算法同样实现了自主研发。大模型与人形机器人的结合,其主要作用体现在,基于已有众多现成的可用大模型,通过调用其API,可以与人形机器人相结合,显著提升机器人的上层决策推理能力,特别是针对通用常识域的决策推理,以及人机交互中的语言交互沟通能力。
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场景落地,产业有望量产
机器人作为现代化智能设备,其是否具有可用性非常重要。人形机器人在工业领域的应用显著,特别是在3C产业和汽车制造业的组装环节。相较于传统工业机械臂等解决方案,人形机器人在面对复杂组装任务时,更能克服形态和智能性上的局限。此外,物流领域亦是人形机器人的重要应用领域。
人形机器人领域国内外技术差异不大。海外在上肢研发上较快,而国内研发初期主要关注双腿控制。现在国内研发已扩展至手部,强化学习的稳定性、泛化性等方面表现优秀。
图3 星动纪元“小星”亮相世界机器人大会
当前,人形机器人产业处于逐步发展阶段,需经历技术、产业链和市场成熟过程的时间累积。随着时间推移,人形机器人有望实现商业化广泛应用与量产。陈建宇强调,我国人形机器人企业发展的几大关键是:技术迭代是基础,直接影响产品开发和生产;市场打磨和产品优化提升实用性和竞争力;聚焦场景需求指导技术发展;稳固国内市场后,海外拓展是重要选择。人形机器人潜力大,国内外市场需求差异大,抢占海外市场将带来广阔前景。陈建宇表示,他期望星动纪元能进一步拓宽人形机器人在产业应用层面的疆域,并聚焦于将人形机器人融入实际应用场景,探索可行的商业模式。
人形机器人是当前最炙手可热的方向之一。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,相信人形机器人在未来将会发挥更加重要的作用。
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