特斯拉发布“擎天柱”：为什么足式机器人才是未来？

与人类相仿的双足，就是机器人的终极移动形态。   　　2010年，Willow Garage公司发布了开源机器人操作系统ROS（Robot Operating System），很快，在机器人研究领域掀起了学习和使用ROS的热潮。   　　过去几年，ROS已经成为全世界范围内具有大量用户的大型社区。以前，很多用户来自于实验室，但现在，在工业和服务机器人领域越来越多的商业用户也加入了进来。   　　ROS成功带动了机器人领域的蓬勃发展。与ROS开源类似的故事也发生在了足式机器人身上。   　　2018-2019年，随着波士顿动力机器狗的声名鹊起，MIT仿生机器人实验室开始逐步开源MIT Cheetah MINI四足机器人，内容涵盖主控代码、电机驱动代码、控制板电路原理图、材料清单、本体结构设计图等。（所以不要再谣传是波士顿动力开源啦！）   　　随后，一大批后起之秀成立。技术实力迅速提升，催生行业蓬勃发展，相关硬件供应链快速成熟。这又使得更多的实验室技术和创业想法能更快落地验证，最终形成行业发展的正向循环。   　　当然，技术要想从实验室里出圈，还得靠这个叫伊隆·马斯克的男人。航空如此，脑机接口如此，机器人也如此。   　　2022年10月1日，特斯拉在其AI日中展示了双足机器人擎天柱Optimus，在活动现场Optimus行走并向人群挥手。另外，特斯拉展示了Optimus搬运箱子、为植物浇水、在汽车工厂中移动金属棒的视频。   　　于是，这个在大多数人认知中还停留在波士顿动力身上的技术，终于宣布“出道”了。   　　01.足式机器人是机器人   　　全地形移动的最佳平台   　　先说结论：足式机器人，是机器人全地形移动的最佳平台。   　　为什么我们会有这个结论？让我们先来复习一下足式机器人的定义：   　　“具有足部结构，能根据不同地形自动改变形态的移动机器人。地形适应能力极强，能在复杂路面行走，完成奔跑、爬楼梯、跳跃等多种复杂动作。”   　　其实，现实世界的多数地形都是为了人能顺利通行而修建的，人进化出足也是为了适应在多数地形的移动需求，所以与人类相仿的足式，是机器人的终极移动形态，能覆盖人类社会绝大多数地形场景。   　　这里的足式机器人，包括双足、四足等多种足式形态。 　　而轮式等其他移动机器人，更适合在车辆通行的铺装道路上移动，占移动需求的较小部分。   　　对了，再来复习下什么是移动平台：   　　这来源于军事概念“武器平台”。指武器系统中具有运载功能，可作为武器依托的载体部分。可分为地面、海上、空中机动平台等。   　　其实，人们对足式机器人的终极期望，就是使其成为全地形移动平台，也就是说足式机器人只是个载体，根据搭载“武器”不同，完成不同应用需求：比如家庭服务（搭载清洁用具）、运输（搭载货框）、巡检（搭载激光雷达）等。
履带平台（+炮塔）坦克（+高射炮）自行高炮
 
四足平台（+机械臂）抓取机器人（+激光雷达）巡检机器人   　　因此，相比轮式、履带式机器人，足式机器人地形适应能力最优秀，最有可能作为全地形移动平台，进入人类生活。   　　波士顿动力是足式机器人领域的代表公司。创始人Marc Raibert，自1980年在CMU创立CMU Leg Lab起，就一直从事足式机器人的相关研究，1986年在MIT创立MIT Leg Lab，直到1992年创立波士顿动力，有着全球最早、至今技术最成熟的足式机器人研发实力。   　　如今，波士顿动力已经被公认为足式机器人行业“最强”技术公司，但就算强大如波士顿动力，依然没有“完全解决”楼梯等复杂地形。   　　足式机器人距离成熟稳定的应用还有距离。就连Marc Raibert也承认：大家看到的各种机器人后空翻之类的酷炫视频，都是百里挑一的，可能一百次里面成功一次。   　　这也导致技术这么强的足式机器人公司，却在2013、2017、2020年经历三次收购，先后被谷歌、软银、韩国现代汽车收购，估值从30亿美元降至11亿美元。   　　在昆仲看来，波士顿动力“不断卖身”有以下三大原因：   　　（1）长期维持烧钱境况：公司以实验室模式运营，研发投入大，离终极目标（成为移动平台覆盖所有场景）远，（记者采访多位前员工了解到）公司长期无视商业需求，不愿在过程中深耕具体场景以商业变现，直到2019年才开始商业销售SpotMini。   　　（2）商业价值低：技术很强，拍的视频很超前、酷炫，但因未深耕具体商用场景，对企业痛点把握不足，在具体场景的稳定性不足，成本和价格高（7.5万美元），商业价值偏低。   　　（3）股东诉求和公司诉求出现矛盾：谷歌对波士顿动力的军用合同十分敏感，负责谷歌机器人部门的安卓之父Rubin走后，矛盾愈发激化。谷歌希望其做消费级机器人，遭到波士顿动力拒绝。软银则在20年为纾困再次变卖波士顿动力。   　　从波士顿动力的起伏中，带给中国足式机器人创业者的启示是：   　　（1）商业上：不做实验室型公司，重视技术变现，探索技术变现路径。实际上，波士顿动力已逐渐转变姿态，在工业巡检等ToB领域率先落地，取得了不错的商业进展。   　　（2）技术上：重视运动控制能力的研发，不断迭代对不同地形的覆盖能力，有能力在更多场景落地。   　　但波士顿动力的浮沉，不代表足式机器人是伪需求。   　　从需求端看，人类社会是否有全地形移动平台的需求？答案是肯定的。   　　从供给端看，现有技术尚未能满足人类的实际需求，波士顿动力等公司通过技术的不断迭代，带给人们一次又一次对未来应用的幻想，作为一家成立30年的公司，经历幻想破灭和商业浮沉是再正常不过的事。   　　02.现在是好的切入时点吗？   　　2018年MIT开源事件后，足式机器人创业公司如雨后春笋，催生产业链和硬件技术飞速发展，现已趋于成熟，但运动控制、AI应用等软件层面的核心难题，仍是足式机器人产品商业落地的头号拦路虎。   　　运动控制算法是各家足式机器人角逐全球首个全地形移动平台的关键，原因有二：   　　（1）运动控制能力体现在机器人的地形适应能力、场景覆盖能力，这是足式机器人区别于轮式、履带式机器人的最关键能力。   　　（2）在硬件趋同、供应链共用的情况下，运动控制算法是各家机器人公司的独门密器，对产品的运动控制能力起决定作用。   　　优异的运动控制能力是业内极少数公司才拥有的稀缺品：运动控制算法涉及多刚体动力学、非线性控制、机器视觉等多门前沿学科，是尚有较多未知领域的半成熟科研产物，波士顿动力背后是MIT，ANYbotics背后是ETH Zurich，这不是普通业界工程师可覆盖的领域。   　　举个例子：SpotMini一个简单的开门动作，展现了波士顿动力世界顶级的运动控制能力。每次受力点、重心、力矩都不一样的，需要一个接近完美的动力学模型，并实时计算调整。   　　03.足式机器人的商业化路径   　　我们把足式机器人的商业化路径分成三个时期：   　　初期：足式机器人从工业巡检等ToB封闭场景切入，成为应用于工业巡检的特种机器人。先解决封闭场景下针对已知地形的运动控制能力，再谈适应不同开放场景未知地形的AI泛化能力。时至今日，包括波士顿动力在内的头部企业，也仍在工业巡检等固定场景下打磨技术。   　　中期：足式机器人从工业巡检等场景，逐步延伸至各类ToB半开放、ToC开放场景，例如救灾、立体物流配送、家庭服务等。产品定位从特种机器人，拓展至全地形移动平台，赋能下游的集成商/应用型机器人公司，合作开拓各类场景。   　　终局：双足人形机器人，足式机器人将结合机械臂，从四足进化为双臂双足，赋能立体场景。   　　昆仲由以下两个重要结论，推演得出双足人形机器人的终局：   　　结论一：足式平台是机械臂应用于移动平台的最优选择   　　对足运动的精准控制，可改变机器人重心，显著提升了机械臂负载自重比，从而减少了对机械臂的负载要求，进而减轻了平台所背负的机械臂自重，提升了机器人的运动能力，降低成本。   　　波士顿动力的机械臂方案，负载自重比已超过1（5-8kg自重，负载10kg），业界仅此一家。   　　结论二：足式机器人一定会进化为双足人形机器人   　　正如前文所述，机器人需要去到所有人能去到的场景，才能与人类共生，这是十分明确的产品需求。   　　与人类相仿的双足，就是机器人的终极移动形态。未来轻量机械臂+足式移动平台=可灵活替人的机器人劳动力。   　　但从技术供给看，着地的足越少，对运动控制能力的要求越高，因此和人类一样，机器人也需要实现从四足到双足的进化，现阶段足式机器人以四足为主，双足仍在萌芽期。