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腿(足)式机器人前景光明,但出路何在?

现如今,随着深度学习算法的精进以及语音识别、图像识别等人工智能技术的发展,机器人、无人机等AI产品越来越多的出现在我们身边,从娱乐、效率等多个方面给人类带来了便利。

因为受到众多科幻影视剧的感染,机器人成了人们的一种向往。去年,谷歌AlphaGo战胜人类围棋选手李世石,由此引起了关于人工智能的新一波热潮,紧接着,一部《西部世界》又仿佛让人们看到了机器人的“终极进化”状态。其中,值得人们关注的的不仅仅是机器人的“意识觉醒”,还有其灵活的肢体动作。

在《西部世界》中,所有机器人的骨骼和肌肉都是由3D打印技术制作而成,对于之后机器人的肢体到底是怎么动起来的,影片中并没有给出具体的解释。与影视剧相对的,在现实生活中,同样的,腿(足)式机器人也是众多团队所研究的对象,也有一些公司将其实现了商业化,不过,真正说到腿(足)式机器人的市场,它真的打开了吗?

相比之下,腿(足)式机器人更显“小众”

据了解,世界上最早对腿(足)式机器人的研究可以追溯到达芬奇身上,其在1495年的手稿中设计了一个仿人型机器人。而随着时间的推移以及技术的革新,在近代,越来越多的机构参与了腿足机器人的研究,相关具有重大研究意义的产品成果也是在世界相继公布。

目前,从形态上划分,腿(足)式机器人主要分为单足、双足和多足,其中,双足机器人的研究是最多的。因为研究门槛并不是太高,轮式和履带式成为了现在机器人的常态,也是这些机器人能够这么快打开市场的一个推动因素,与此相对的,因为技术难度的增加,腿(足)式机器人的研究进程一直是缓步前进的。

在这方面,最有发言权的应该要数美国的波士顿动力以及日本的本田了。前者一直致力于多足机器人的研究,在平衡算法等方面有着极大的成就,每一次Altas等新产品的公布都能够引起业界内外的热议,而后者更是推出了第一款真正意义上的商业化腿(足)式机器人——双足机器人ASIMO(阿西莫),其被运用于公司等多个场景中为人类提供服务。

当前,虽然实现商业化的腿(足)式机器人并不多见,但除了ASIMO还是有那么一些存在的,并在国际上也闯出了自己的名声,像法国Aldebaran Robotics公司的Nao、中国优必选公司的Alpha等小型腿(足)式机器人。不过,根据工研院IEK的研究报告预估,预计至2021年,全球智能机器人的市场规模将增长至336亿美元,而依据当前市场情况来看,轮式、履带式机器人以及固定型机器人依旧占据了市场的绝对地位,至于腿(足)式机器人,相比于前者的数量之多,其进入商业化市场的产品一只手就能数过来,连带着,机器人市场的份额也是少有看头。

三大因素,致腿(足)式机器人难以商业化

根据市场状况,我们可以看到,轮式机器人无疑是市场最大的赢家,虽然也有一些腿(足)式机器人进入市场,也引起了几股热议,但由于某些原因,在整个机器人市场面前,其市场份额似乎并不具备什么可观性,至于个中原因:

一个是常人所不能承受的高昂成本:

相对于轮式机器人,因为关节灵活度等方面的要求,腿(足)式机器人的硬件成本还是不低的,再加上算法等等,这也就造成了其高昂的价格。以Nao机器人为例,据了解,光是硬件成本就高达12000欧元(现约87874.8元人民币),从而不能大范围的进入家庭,目前,Nao机器人主要被用于实验室的技术研发以及一些机器人竞赛当中。

另外,小型机器人并不足以作为未来的趋势,而对于那些中型机器人而言,成本就更高了,比如本田旗下的ASIMO,据报道所说,其成本在300—400万美金,再有波士顿动力旗下的腿(足)式机器人,成本无一不在几百万美金左右。而就在最近,一台没有上半身、被众多报道称离商业化不远的双足机器人Cassie进入了大家的眼球,说是这样说,不过其制作公司也表示“成本是制约双足机器人商业化的重要因素之一”,现在该机器人的成本在10万美元之上,至于商业化的方向也是高校实验室等科研机构。

第二个是诸多技术问题的不够完善:据浙江大学控制学院机器人团队负责人、科技部智能机器人重点专项专家组专家熊蓉教授所表示,自当下的腿(足)式机器人上,机构设计、驱动、能量消耗等等都是尚待完善的问题。以能量消耗为例,人类的能量消耗一般都是在0.01—0.2单位,而腿(足)式机器人的能量消耗都在2以上,像ASIMO和“Big Dog”分别是2单位和15单位,而消耗大也就意味着续航时间的不够长。

为了延长续航时间,提高电池容量、进行机构减重以及在驱动控制上做改变是三个主要的方法。不过,就拿波士顿动力刚刚发布的腿轮式机器人Handle来说,一次充电可以行走15英里(约24公里),最高时速达到14.5公里每小时,经计算续航时间约1.7小时。而与此相对的,在拥有相同的上半身的情况下,靠双腿行走的Altas的续航时间为一个小时。利用机械腿+轮胎的结合,Handle的续航时间的确比Altas长了,但也只是相差0.7个小时,并不足以满足未来人们的需求,因而,在能量消耗方面,腿(足)式机器人还有待完善,而其他方面更是如此。

最后是资本的观望以及市场的缓慢增长:据相关数据显示,在2016年,国内机器人融资案例数达到了70起,其中,第二和第三季度的融资金额分别达到了3.08亿美元和2.99亿美元,环比增长 37.49%和26.27%。不过,根据人工智能信息服务平台因果树相关数据显示,在2016年的全部机器人公司融资案例中,天使轮和A轮占比分别达到了22.9%、54.3%,B轮融资只占了22.9%,C轮与D轮融资案例数量为0。从这些数据来看,在市场前景火爆的未来期望下,目前的机器人行业还处于前期。

另外,再将腿(足)式机器人从这些数据中单独拎出来,只有优必选等屈指可数的几家从事腿(足)式机器人研究的公司获得融资,这何尝不体现了资本在腿(足)式机器人上的观望态度?至于这种态度的体现,也是有原因存在的,一个是高昂的成本吓住了投资者,一个是技术的尚待完善,没有能够让投资者看见未来可见的商业化前景。一般来讲,一个商业化市场的打开除了用户的需求,也离不开资本的炒作和推动,如此,在投资者还没将过多的目光投入在腿(足)式机器人的当下,其距离进一步的商业化还得有的等。

与此同时,在当下的应用场景中,因为无人机等智能硬件的加入,从而弥补了一部分腿(足)式机器人的市场空包。因此,若论起腿(足)式机器人的真正的市场需求,虽然从长远角度来讲,腿(足)式机器人必将是未来的主流,但在短时间内,人们并不那么的急切需求腿(足)式机器人的加入,也因此造成了市场开拓的不积极,从而阻碍了其进一步商业化的脚步。

展望未来,腿(足)式机器人才是大势所向

家庭、商场、教室……众多场景中,我们看到了穿梭于其中的越来越多的移动机器人的身影,其中9成以上的都是轮式、履带式机器人。因为机器人的加入,人们的生活正在变得高效化、智能化。

那么,既然轮式、履带式机器人的技术简单而成熟,也有了很多的应用,而腿(足)式机器人技术、市场如此艰难之下,我们为什么还要花费这么多的人力、物力去研究腿(足)式机器人呢?其中自然有它不可不为的原因:

腿(足)式机器人适应力更强:众所周知,轮式、履带式机器人在行动方面对于地面的要求是很严格的,从而限制了应用场景的拓宽。与此相对的,腿(足)式机器人在运动的灵活性以及环境的适应性上比之轮式、履带式机器人拥有更为显著的优势。

据熊蓉教授表示,

在前进过程中,腿(足)式机器人是一种离散的落脚点的方式,可以适应多变的地形,其多肢体、多自由度的设计可以使其根据作业要求“主动”调节身体高度,以保证身体的平衡稳定性。与此同时,当一个肢体在作业中发生故障问题,腿(足)式机器人依然能够继续运作,也就是说,它具备一个“容错性”,而这时轮式、履带式机器人没有的一个特性。

另外,在功能上,腿足机器人还具备一个多样性,以四足机器人为例,当出现一些特殊需求,机器人可以在后面两足站立的前提下,将前面两足作为手臂使用。因而,跟轮式、履带式机器人相比,在诸多场景中,不管是性能还是提供的服务,腿(足)式机器人有着更多的优势。

腿足机器人的市场更为广阔,更符合未来趋势:当前,物质的运输、野外的勘测、灾祸的救援以及一些高危险环境中的作业都是腿(足)式机器人的应用领域。此前在日本福岛事件后,人们曾在里面投入履带式机器人进行相关作业,不过在实际运作中,其并不能克服环境的复杂性,也让人们看到了轮式、履带式机器人在应用范围拓宽上的一些局限。

对于腿(足)式机器人的应用,中国人工智能学会理事长李德毅也称:“该类型机器人在人机交互和复杂地形的适应方面有天然优势。如果运动平衡问题解决好,再用人工智能技术当大脑,仿人机器人将具备广阔的应用场景和巨大的商业化价值,不仅可在机场、酒店、养老等服务行业广阔应用,在高校教具、娱乐影视、军用装备等方面也具有重要价值。”

当前,在众多应用场景中,轮式、履带式机器人的确满足了人们的很多需求,但这并不足够。在轮式、履带式机器人已经开拓出的应用场景中,腿(足)式机器人能够提供更多的服务,像上文所提及的勘测,后者将基于平地进行勘测范围的再次扩大,包括山地、楼梯等等。此外,基于原有的应用范围,腿(足)式机器人的出现将开拓出新的应用领域,比如代替人类进行军事作战等等。

结语

当下,由于轮式、履带式机器人的低门槛,从而也成为了厂家所选择的主流形式,不过,不管是科幻片中所描述的机器人,还是未来机器人的终极形态,腿(足)式机器人永远都是将来的大势所趋。

在此方面,正如国内钢铁侠科技创始人张锐说:“在机器人产业化早期阶段,会存在多种产品形态并存的局面。由于技术门槛较低,大多数厂家会选择轮式机器人相互竞争。随着腿式机器人技术积累、更适合与人互动和愈发广泛地应用,腿式机器人所占比例会不断增加。”

由于高成本,目前除了小型腿(足)式机器人外,中型机器人只能以极其小众的形式进入市场,而面对的消费群体也是高校研究所等B端市场,以“研究平台”的性质存在于其中。并且,因为一些技术的尚未解决,从而进入商业化初期的腿(足)式机器人的数量也并不是太多。以目前的情况来看,至少在成本降下来之前,B端市场将是腿(足)式机器人的先发市场,也是主要战场。至于说何时才能摆脱当下的困境,10年时间或许还不足够。

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