3月5日,#机器狗检查SpaceX爆炸现场#的消息冲上微博热搜,这只来自美国波士顿动力公司的“大黄狗”自2020年6月首次出现在SpaceX现场时便备受关注。美国波士顿动力公司一直被称作四足机器人行业的“天花板”,但这几年,国产四足机器人也蓄势待发,准备冲击消费市场。
牛年春晚舞台上,杭州宇树科技有限公司的24只四足机器人“牛犇犇”,以和刘德华、王一博、关晓彤同台演出正式“出道”,又因在春晚后台“卸了妆”,拉上小车送盒饭冲上热搜榜。不少网友评论“机器小牛出道即巅峰”。这场群舞,被科技圈称为“全球首次四足机器人集体舞蹈展示”,国产四足机器人产业“亮了”。
电驱动替代液压驱动 机器狗“瘦身”成功
相比于轮式机器人,四足机器人拥有如动物般“来去自由”的优势,可以灵活机动地适应不同地形环境,甚至一些人类和动物都无法触及的环境,一直都是国内外科研领域争相研究的重要课题。
杭州宇树科技有限公司创始人、CEO王兴兴是一名90后“机器人发烧友”,2013年在上海大学读研时就跟着导师研发四足机器人。彼时,四足机器人在国内仅存在于高校和科研院所的实验室里,国内销售市场更是一片空白。但在国外,美国波士顿动力公司的液压动力机器狗已经火爆科技圈,不过他们也只是在“油管”上“秀秀技能”,并未进入市场销售。
“那时国外的机器狗都是采用液压驱动,成本高、维护不便,机器狗身体笨重。”王兴兴认为,“电驱动不仅能够降低造价,也能够简化结构,让机器狗‘瘦身’,未来将会获得更广阔的应用场景和商业前景”。
他一边研究国外文献一边进行电驱动测试,“机器狗的每条腿至少要有3个关节,每个关节处都要有1个电机,因此整机最少需要12个电机,又由于机器狗的灵活程度要依赖于关节力距、功率密度等要求,因此这类关节处电机工艺研发十分复杂”。从四足机器人控制的仿真验证、永磁同步电动机的选型、电机驱动板的设计及驱动程序开发等,他特意申请延期半年毕业,终于在2016年年初,“牛犇犇”的雏形XDog测试成功,能够在复杂地形上行走和爬坡。王兴兴也顺利毕业并入职当时风头正盛的大疆科技有限公司。
2016年6月,波士顿动力公司忽然在“油管”上晒出了第一款全电驱动机器狗Spotmini,不仅体量变小,还能灵活地做家务,引发科技圈极大关注,电驱动的发展方向得到验证。随之而来的关注,使得王兴兴上传到网络上的XDog测试视频爆火,他也被海内外多家媒体报道。“有人找我想要购买,也有投资人想要投资,创业的机会来了”。王兴兴辞职创办了宇树科技,准备在四足机器人商业化道路上搏一搏,当时,四足机器人在国内外仍属于新兴、小众的行业,并没有市场化。
想得到市场认可,就要打造有“硬核技术”傍身的机器狗。在王兴兴看来,“硬核技术”的关键在于对特定场合的软件程序开发。“与大众认知中的工业机器人对零件精度要求高不同,四足机器人仅个别零件对精度要求高,量产后成本甚至可以很低”。
最初公司仅有4个人,宇树科技也经历了和众多科技创新公司一样的“人力捉襟见肘”同时还要“烧钱搞研发”的阶段,甚至有一段时间他还需要自掏腰包为员工发工资。不过这些并没有影响研发速度,他们按照尺寸、体型、动力性能等需求,独立研发了电机、电机驱动及各类控制结构和系统重构,并命名为Laikago致敬最早被送上太空的小狗laika。2017年9月,尺寸比例更合理、动力性能和运动稳定性更强的Laikago开启对外预售,22千克的重量甚至可以装进行李箱,他们也成为最早实现商业化的四足机器人公司之一。
基于XDog的高知名度,从Laikago机器狗预售,到随后陆续推出的每款产品都得到关注。“订单一半来自谷歌等国外科技企业,一半来自国内高校、科研院所和大型互联网公司”。王兴兴告诉记者,2020年公司员工有近百人,营收达几千万元。
几个月前,当“牛犇犇”还是一只“机器狗”时,在互联网平台跳出了第一支舞,也由此开启了春晚之旅。换上新造型,后空翻、侧滚翻、拜年等动作成了萌翻全场的微信表情包,王兴兴兴奋地说:“这既是对我们的认可,也是四足机器人行业的‘破圈’,离我们最初设定的开拓消费级市场又近了一步。”
“小”创业公司和互联网“大厂”纷纷入局
在王兴兴看来,四足机器人就像上个世纪的计算机电脑,“科技公司、高校和科研院所目前购买四足机器人,多是将机器人当作工具,进一步进行研发,去开拓更多应用场景和配套功能”。虽然短期内让四足机器人走入普通大众的家庭还为时过早,除教育科研外,他希望在未来一两年中尝试开拓更大的消费级市场。“或许未来一两年会在居民小区中出现巡逻机器狗,但在配套软件开发上需要进行大量努力,比如机器人在不同环境下的步态切换,或者摔倒后自己重新学习站起来,或者运动中某条腿坏了能够自己生成新运动模式重新向前走……将会有极大的应用价值”。
对于四足机器人研发和应用场景开拓,国内各大高校、科研院所均已开展多年。“四足机器人可以搭载不同设备进入不同场景,未来将会有广阔应用前景。”东北大学教授丛德宏曾带着学生自主研发四足机器人“脊梁”,代表中国参加第18届亚太大学生机器人大赛国际赛总决赛并获得季军。他认为,“开发应用场景前,首先得把四足机器人的性能提升上去,但目前无论高校研究还是科技公司的研发,仍存在控制驱动、步态规划和感知系统等技术难点,更好的解决方案尚未形成”。
丛德宏计划把四足机器人应用到陪跑场景,“陪跑或许对于普通人来说,仅是陪伴作用。但对于专业运动员,如果想快速训练出好成绩,需要长期枯燥的配速训练。为四足机器人设定好配速和路线,运动员跟着训练,比个人训练更容易进行”,他认为,要达到陪跑效果,一方面要训练四足机器人的运动性能,另一方面要保证续航能力、感知能力和对速度的控制能力等,“如果机器人能达到这样的水平,就可以在巡检、安防或其他自然环境当中进行工作了”。
据统计,目前国内已有近10家科技创业公司进入四足机器人赛道,并在创新技术上均有所突破。在春晚舞台上和“牛犇犇”同台的“拓荒牛”,是由深圳优必选科技公司研发的牛年限定版智能四足机器人,不仅拥有自主研发的高性能主控系统,还支持3D地图构建、自主定位导航。杭州云深处科技有限公司自主研发的“绝影”系列机器人,已具备快速跑跳、适应崎岖地形、抵抗外部扰动以及自主导航等功能,并可执行安防巡逻、物流运输等任务,有望成为人们日常工作和生活中的得力助手。
与此同时,一些互联网“大厂”也开始尝试研发高性能的四足机器人。去年8月,华为中央研究院曾公布一款采用了华为AI技术,用于智能识别、目标定位等场景的机器狗产品,引发关注。今年3月2日,腾讯正式发布首个软硬件全自研的多模态四足机器人——机器狗Max。腾讯表示,Max将有望在机器人巡逻、安保、救援等领域发挥作用。
或许在将来,国产机器狗装备上不同程序,就可以化身“家政小助手”、宠物狗、导盲犬、搜救犬、巡逻犬等智能伙伴,可以代替人类进入更多未知地带进行探索工作。
中青报·中青网记者 孟佩佩