在一条笔直的公路上,四足机器人“黑豹”正加速追赶前方奔跑的运动员。镜头从俯瞰到平视,记录下机器人反超的过程,定格的一瞬,“黑豹”只留下一道黑色残影。这只仿生四足机器人是今年1月发布的第二代产品,不到1秒便能从静止切换到冲刺状态,最快移动速度可达10米/秒,打破了波士顿动力“野猫”保持了十余年的世界纪录,仅比博尔特慢了一点。
速度是综合性能的体现。浙江大学杭州国际科创中心人形机器人创新研究院研究员金永斌解释,这如同赛车之于汽车工业的发展,对百公里加速极限的突破反映了汽车电机性能、系统延时、结构强度和轻量化设计等多方面因素。最终,新技术通过低成本模式完成民用化转移。
四足机器人俗称机器狗。自波士顿动力“大狗”问世以来,已过去二十年。机器人在复杂地貌的通过性能不断提升,质量更轻、负载更重、速度更快,但走向应用规模化仍面临挑战。价格和应用场景是四足机器人批量化应用的门槛。随着相关技术不断突破,国内外科技企业竞相探索产品的高性价比与新市场。
如何让机器狗跑得更快?传统的做法是使用更强大的电机,造出更高大的身体,但这在商业化方面难以走通。新一代机器狗能否从设计思路方面优化?奔跑速度最快的机器狗纪录由波士顿动力保持,其多年前发布的宣传视频中,机器狗“猎豹”在实验室中跑出了超过13米/秒的速度。然而,“猎豹”的高速是在没有风载的跑步机上实现的,还需一台巨型远程电源供电,存在诸多局限。2013年,以“猎豹”为原型的“野猫”问世,可以在户外自由奔跑,但速度降至8.89米/秒。
浙江大学的“黑豹”身形更为小巧,站立高度63厘米,体重38公斤,分别只有“野猫”的约一半和四分之一。研发团队利用惠更斯耦合摆原理,让机器狗四足协调成统一步态,形成合力达成高速冲刺。高速运动对机器人的结构和材质强度提出了更高要求。当“黑豹”奔跑速度提高到6米/秒时,遇到了小腿折断的新挑战。团队学习自然动物在髋关节、膝关节、脚掌等运动构型上的特征,提升机器人的强度和韧性,并研发了“仿跳鼠碳纤维小腿”,在重量仅提升16%的情况下刚度提升135%。
此外,团队还安装了弹簧作为缓冲器,减少运动能耗,并定制了特殊“跑鞋”,使抓地性能提升200%。浙江大学杭州国际科创中心人形机器人创新研究院院长王宏涛介绍,在研发“黑豹2.0”的过程中,团队实现了机器人正向设计优化软件和高功率密度电机驱动器两大颠覆性突破,为下一代工业四足机器人奠定了基础。
去年11月,云深处发布了全地形越野机器人“山猫”。展示视频中,全新的四轮足机器人穿越竹林,翻越巨石,兼具负载与拍摄功能。紧接着,宇树科技展示了其最新推出的Unitree B2-W工业轮足机器人,该机器人不仅能完成托马斯全旋、侧空翻等高难度动作,还能在浅水中疾行、载重40公斤爬坡,甚至直接驮起一名成年男子前行。
去年6月,“黑豹”的联合研发主体镜识科技宣布完成战略融资。这轮融资由上市企业凯尔达焊接机器人股份有限公司独家投资。过去一年多的投资热在机器人投资历史上实属罕见。具身智能和人形机器人是去年最火热的赛道,有的公司一年融资两三轮。这波热潮由AI技术进步和特斯拉推出的人形机器人带动,进一步拓展到了四足机器人领域。
国内科创企业必须一边赚钱养自己,一边搞研发。跨行创业的赵同阳决定先做机器狗,到2020年被小鹏汽车收购前,多够机器狗已经售出上百台。商业化比技术更难。云深处选择根据场景开发产品,筛选已经实现机器人商业化的行业,在其中找到轮式机器人无法满足,可被四足机器狗补充或替代的场景。巡检领域成为突破口,云深处实现了第一代机器狗“绝影X10”在变电站的自主巡检,并推出了新增防水防尘等功能的“绝影X20”。
相比之下,海外学院派创业公司往往重技术发展而轻视商业化落地。波士顿动力也是在几经易主后才开始商业化探索。起初,波士顿动力的主要服务对象是美国军方,但由于液压机器人噪声过大,项目只能中止。2013年底,波士顿动力被谷歌以30亿美元收购,终止了与军方的合同。四年后,软银集团获得了波士顿动力的控制权。2020年6月,波士顿动力发售机器狗Spot Mini,售价7.45万美元。由于无法实现商业价值,波士顿动力多次被收购,直至现代汽车集团接手。
据高工机器人产业研究所报告,占据全球四足机器人市场前三的企业分别是宇树科技、波士顿动力和云深处科技。未来一两年会看到更多四足机器人的应用场景,例如无人系统搭建完成后,以在复杂地形通过能力为核心的机器狗将迎来新的发展机遇。预计到2030年全球四足机器人销量有望超56万台。现实订单比预想来得更快,今年春节前后,云深处的30多只机器狗全部被借走。业内普遍认为,距离人形机器人大规模进入家庭还需要五到十年,而机器狗的落地会更早。