人形機器人,是鏡花水月?還是造化同工?

戰(zhàn)國時期的《列子?湯問》記載了這樣一則故事:一位叫偃師的工匠,為周穆王敬獻“歌舞表演者”——倡者。倡者低頭就歌唱,抬手就舞蹈。穆王誤以為倡者是真人。偃師拆開給穆王看,原來是用皮革、木頭、樹脂、漆做的“歌舞機器人”。穆王感嘆道:“人之巧乃可與造化者同功乎?”。

無論這是夸張的描述,還是虛構(gòu)的寓言故事,都代表著古人對人形機器人的想象力。而千年后的今天,產(chǎn)業(yè)龍頭紛紛入駐,人形機器人迎來市場上的高關(guān)注度,“人之巧乃可與造化者同功乎”?我們?nèi)绾味x人形機器人的昨天、今天與明天?又是通過什么技術(shù)實現(xiàn)的?人形機器人是否可以走進千家萬戶?專精特新企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中起到了什么樣的關(guān)鍵作用?在本篇文章中,讓我們一起探索這些問題的答案。

1. 我們?nèi)绾味x人形機器人?

目前,世界范圍內(nèi)對于人形機器人并沒有標準定義,常常將其模糊定義為外表和行為都接近人的機器人。從全球先鋒探索者來看,無論已經(jīng)遺憾謝幕的本田“ASIMO”,抑或是新生力量特斯拉“Optimus”,全球人形機器人賽道參與者的愿景都較為一致,即:希望可以實現(xiàn)人機互動,走進家家戶戶,與人類共同社會化分工。

根據(jù)中金公司研究報告中的觀點,對比工業(yè)機器人和協(xié)作機器人,人形機器人的絕對優(yōu)勢或體現(xiàn)在人機情感交互和非結(jié)構(gòu)場景的適應能力。一方面,人類很容易與人形機器人產(chǎn)生情感聯(lián)系。彭博社指出,人形機器人的設計目標是激發(fā)信任,并鼓勵人類與他們建立聯(lián)系。另一方面,在非結(jié)構(gòu)場景作業(yè)中,人形機器人也可以有很多用途。例如2011年日本福島發(fā)生核泄漏,由于高輻射影響,搶險救援者無法進入災區(qū)內(nèi)部,同時輪式或履帶式機器人行動能力有限,無法適應核電站的復雜環(huán)境,于是人形機器人的研發(fā)也成為學術(shù)界討論的熱點。

圖表1 人形機器人與工業(yè)機器人、協(xié)作機器人區(qū)別對比

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資料來源:優(yōu)必選官網(wǎng),《2021年協(xié)作機器人行業(yè)白皮書》,中金公司研究部

2. 人形機器人的昨天、今天與明天

中金研究部表示,人形機器人的發(fā)展可以分為3個階段:1)1928年-1973年,初期探索階段,由歐美及日本主導,研究主要聚焦于人形的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動,機器人不具備感知和決策功能;2)1973-2013年,系統(tǒng)感知階段,在“視覺”和“觸覺”方面有了較大突破;3)2013年-至今,決策階段,人形機器人擁有了更強的自主學習和決策能力。

圖表2 全球人形機器人發(fā)展歷程

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資料來源:公司官網(wǎng),通信世界,中金公司研究部

這一市場的長期空間充滿想象。根據(jù)Stratistics Market Research Consulting的研究, 2021年全球人形機器人市場規(guī)模達15.1億美元,到2028年或?qū)⒌竭_264.3億美元,年化復合增長率為50.5%。其中亞太地區(qū)的復合增長率將達到全球最高,日本和中國等區(qū)域?qū)⒊蔀槿诵螜C器人制造的重點區(qū)域。

圖表3 2021年全球人形機器人市場規(guī)模15.1億美元

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資料來源:Stratistics Market Research Consulting,中金公司研究部

3. 人形機器人的產(chǎn)業(yè)鏈如何?

機器人的產(chǎn)業(yè)鏈紛繁復雜,可以簡單概括為“零部件-本體-應用”三個部分。而對于人形機器人來說,中金公司研究部認為產(chǎn)業(yè)鏈分工還未明晰。從供給側(cè)來說,各家技術(shù)路線不一,且不傾向于開源;從需求側(cè)來說,暫時還無量產(chǎn)明確場景,導致人形機器人供應鏈鴻蒙未開。本文以一般意義上的機器人產(chǎn)業(yè)鏈圖譜來做介紹:

1)上游:核心零部件

多數(shù)科學家認為,人體共有78個器官,其中大腦、心臟、肝臟、一個腎臟和一個肺臟是必不可少的,是人類的“核心零部件”。1 作為模仿人類的仿生機器人,人形機器人也是由多個零部件組成的,其中核心零部件包括控制器、伺服電機和減速器。

控制器類似于人形機器人的“大腦”,負責處理用戶指令,并發(fā)出相應的動作信號??刂破骺梢钥刂迫诵螜C器人在工作時的姿態(tài)、軌跡、速度、動作順序,驅(qū)動伺服電機完成相應動作??刂破靼ㄓ布败浖蓚€部分。伺服電機和減速器在收到控制器指令后,負責執(zhí)行指令,使人形機器人精確的完成指令要求的動作。

2)中游:人形機器人本體

除控制器、伺服電機、減速器外,人形機器人還擁有多個零部件,例如高能量密度電池、語音識別、定位導航系統(tǒng)、復合材料等。將全部零部件(硬件及軟件)組裝起來,便形成了人形機器人本體。

2022年是人形機器人的大年。5月,戴森在ICAR宣布將在10年內(nèi)推出可以做家務的人形機器人;8月,小米在新品發(fā)布會上展示人形機器人“鐵大”,實現(xiàn)了人機交互、扎馬步、三維模擬重建功能;10月,特斯拉在AI Day中發(fā)布人形機器人“Optimus”,展示了行走、澆花、取物的能力。

除此之外,谷歌旗下的波士頓動力公司的“Atlas”可以完成小跑、三級跳、后空翻的操作;本田公司推出的多系列機器人,也實現(xiàn)了小跑、單腳跳、上下樓梯等動作;優(yōu)必選的國產(chǎn)“Walker X”擁有了行走、自平衡調(diào)節(jié)、避障的能力。

圖表4 全球人形機器人主要參與企業(yè)

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資料來源:公司官網(wǎng)、中金公司研究部

3)下游:人形機器人的應用

“鄧麗君”為你歌唱、“愛因斯坦”向你揮手、“法拉第”講授電磁學的知識,2這些奇妙的場景都在2022世界機器人大會的人形機器人展廳中實現(xiàn)了。然而經(jīng)常出現(xiàn)在展廳里的人形機器人,還可以為人們帶來什么樣的體驗呢?

人形機器人的應用主要可以分為兩類,普通服務類和特種服務類。普通服務方面,由于人形機器人具有移動性、交互性、智能性的特點,可以為人類承擔簡單且重復的工作,例如導覽、教學、娛樂;特種服務方面,人形機器人可替代人類做更為危險的工作,例如救援及太空探索。

中金研究部認為,人形機器人的應用仍處于探索階段。由于人形機器人的機械結(jié)構(gòu)相對復雜且應用場景多樣,最終是否能夠從展廳走進千家萬戶,市場仍具備遠期的想象空間,但速度仍取決于人形機器人產(chǎn)業(yè)化落地的技術(shù)進步速度。

圖表5 人形機器人應用領(lǐng)域廣闊

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資料來源:Stratistics Market Research Consulting, ASME, 中金公司研究部

4. 機器人行業(yè)的專精特新之路

國務院關(guān)于金融工作情況的報告(2022年10月28日)中明確指出,強化經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級金融支持。引導更多資金投向先進制造業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),更好服務關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)企業(yè)和“專精特新”企業(yè)。3在各項政策的積極引導下,專精特新企業(yè)將會得到更多支持。

中金研究部表示,機器人是專精特新企業(yè)的理想賽道。從機器人核心零部件的角度來看,根據(jù)高工機器人數(shù)據(jù),截止2020年,控制器、伺服電機、減速器的成本占比分別為15%、20%、35%,核心零部件對機器人的性能和利潤率影響較大。而控制器、伺服電機、減速器的國產(chǎn)化率分別為31.2%、24.1%、32.5%,國產(chǎn)化率仍有較大的提升空間,更需要中小企業(yè)積極參與。

期待未來有更多企業(yè)走專精特新之路,共同布局機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設,為我國機器人產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展做出積極貢獻。

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2023-02-22
人形機器人,是鏡花水月?還是造化同工?
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