一個會下棋的人形機器人，背後有哪些技術力量和想象
從垂直場景切入，不讓技術「束之高閣」。
撰文 | 沈知涵
中國「國寶」火到國外了。迪拜世博會上，來自全球的參觀者特意到中國館打卡。從 10 月 1 日開館至今，不到 1 個月的時間裡已有超 15 萬名觀眾到訪。這裡不僅能看到奔赴月球執行任務的「嫦娥五號」「嫦娥四號」探測器模型，一覽前沿的北斗衛星導航系統，在復興號高鐵模擬駕駛艙過把駕駛癮，還能體驗到人形機器人提供的智慧服務，跟熊貓機器人優悠握手、比心。
這是中國第一次用 AI 將「國寶」帶到迪拜。熊貓機器人優悠是優必選科技基於 Walker X 的原型，參考國寶大熊貓的形象，為迪拜世博會中國館專屬定製，它也是中國館的「和平友好使者」。
熊貓機器人優悠不僅是個優秀的智慧導覽講解員，還是中華文化的輸出者。它的本職工作是在中國館智慧生態分展區介紹中國熊貓生態長卷、智慧農業等展項，讓觀眾瞭解中國在生物多樣性保護方面的實踐和歷來倡導的綠色發展理念。工作之餘，它還會教觀眾打太極、瑜伽、跳舞，表演國風書畫才藝，和觀眾進行握手、比心等互動。
優必選熊貓機器人優悠在迪拜世博會中國館與當地觀眾互動
讓全球觀眾愛上中國創新科技的同時，多才多藝的熊貓機器人優悠也成為了中國館的「小明星」。新加坡館政府總代表拉里表示，前不久，旅新大熊貓嘉嘉喜得熊貓寶寶，在新加坡引起轟動，在中國館看到熊貓機器人表演，倍感親切。中國館將大熊貓這一文化符號與高科技結合，獨具匠心。
但最讓優必選科技 Walker 產品負責人謝錚感到欣喜的不是各國觀眾的追捧，而是上百場活動下來，機器人的零失誤。這意味著，人形機器人的安全性和可靠性正被逐步驗證。
2015 年謝錚加入優必選科技，負責 Walker 產品線。2016 年專案初期，Walker 只是一個擁有雙腿的原型機，其後的五年時間，研發按下了加速鍵。2018 年 1 月，第一代 Walker 在 CES 首次展出，它增加了頭部兩個自由度，可以踢球跳舞，上下樓梯；僅隔 1 年時間，增加了雙臂的第二代 Walker 再次亮相 CES。再到今年 7 月，全新一代的 Walker X 在世界人工智慧大會全球首發，現在它可以提供多種服務，比如你可以叫它幫你拿瓶水、陪你下棋、給你按摩。而這些肉眼可見的迭代背後是更多深層次的技術進步。
優必選 Walker 迭代史
從外形上來看，Walker 的確越來越像「人」。謝錚對此理解，「人形」能夠拉近與人的親近感，某種程度上滿足人的情感需求。人形機器人擁有集文字、語音、視覺、動作、環境等多種方式於一體的多模態互動模式，這樣更豐富的資訊互動方式讓人更容易理解。同時更重要的是，未來機器人要在人類生活的環境中生存和發展，而這個環境對人類是更友好的。比如門把手是為人類設計的，如果機器人沒有手，就不能很好地適應這個環境。所以機器人要想在這個環境裡工作，最好的方式是具有人的形態，就可以操作很多人類現有的工具，更好地適應人類社會環境。
未來你買一臺機器人回家，不只想它「陪聊」，還會希望它能為你服務，幫你做家務。全地形行走能力和靈巧安全操作能力可以讓機器人完成一系列複雜的任務。每一次迭代，都是對人形機器人的理解加深。換句話說，從有趣到有用，優必選科技做了很多努力。
01
秀「肌肉」，和調動
肌肉的「大腦」
Walker X 對比上一代身高和體重分別減少了 10cm 和 14kg，最終達到 1 米 3 高、63kg 重。全身配備 41 個伺服驅動關節，扭矩更大，最大可達 200Nm，速度更快，轉速 90 轉，精度更高。謝錚解釋，想要在非常小的重量和體積內實現這些，對於硬體設計本身就是一個挑戰。
然而這些在普通人眼中就是 Walker X 能做的更多了。想要機器人跟你下棋，讓它更聰明還不夠。據謝錚介紹，由於尺寸限制，機器人操作空間有限，如果只靠 7 個自由度的機械臂無法覆蓋整個棋盤空間，機器人需要調動腰部、腿部的自由度配合實現全身的運動。當電機數量變多之後，還需考慮電機的協同控制問題。比如機器人起身，手指也會上移，力減小，棋子就會脫落，這時候需要對手臂關節極其細微的調整，給棋子施加一定的壓力。
會下棋的 Walker X 對視覺感知也有更高要求。「不同環境中的光照影響，反光情況，相像的字形，甚至棋子是不是正對機器人，都要求我們增加訓練資料集，增加 AI 邏輯推理，做可能更對的判斷。」謝錚說。這是優必選科技一直在強調的「感控一體」技術，機器人眼睛看到物體，大腦作出反應，手才能動起來。
功能的豐富是表象，背後思考是機器人如何更好適應人類環境。Walker X 行走速度達到 3km/h，基本能達到人類正常行走的速度，這樣才能提供更好的人機互動體驗。Walker X 還升級了柔順力控，每個手指都有一個力感測器，在抓握時感受外部作用力。也許不久之後，給你「馬殺雞」的就是 Walker X 技師了。
Walker X 提供按摩服務
「當紅炸子雞」波士頓動力 Atlas 一段慢跑、跳躍、轉身和後空翻的影片再次抬高人們對於機器人機械能力的想象。謝錚表示，機器人能做各種高難度動作，學會跑酷，足以證明機器人的運動能力已經很強，目前運動控制系統的升級已經不是應用落地最直接的技術限制。換句話說，機器人的運動控制能力現在能初步滿足應用服務的需求，接下來要去提升它的感知能力和認知能力。
謝錚介紹，Walker X 增加了很多感知類硬體以及算力的提升，目前 AI 還沒有充分剖析和理解外界資訊，只能在已經學習和驗證過的場景中做定製化的服務。設想裡，當機器人具備通用的感知和認知能力以後，其在不同的場景就可以快速適應並著手工作。它會知道冰箱在哪，裡邊飲品都有什麼，抓取點在哪，不需要人過多參與任務的設計。
機器人領域很多技術高度密集。「每一毫秒，都要把機器人每個關節位置，外界收到的力，當前速度等估計，整體計算出來下一毫秒手、腿的位置，每個關節應該出的力。背後需要一套非常複雜的演算法來系統性整合運動控制，視覺導航，視覺感知，互動引擎系統等。
成立近 30 年的波士頓動力一直專注於機器人的研發，擁有超前的技術，但因為其商業化短板，近年來幾經易主。另一頭，軟銀在 2020 年停產了機器人 Pepper，讓人唏噓。孫正義設想裡，以「鐵臂阿童木」為原型的 Pepper 應該是一個能夠真正理解人類情感的機器人。而在大部分行業人士看來，太想「通用化」，無法滿足服務型市場的純粹需求，在當時時間點，造成了它的成本和實現的功能價值不匹配。
「技術難，落地更難」。謝錚感慨。在這片無人區拓荒，企業更需要耐得住寂寞。對於 Walker，優必選科技內部制定了「四步走」循序漸進式的規劃，每個階段對於技術的最佳化各有側重。第一步重在運動與互動，這個階段誕生了 Walker 第一代和第二代；第二步主攻感知與智慧，這也就是今年 Walker X 的迭代；第三步轉向安全與認知；第四步志在實現全自主。
02
人形機器人如何
從有趣走到有用？
「人形」機器人帶著人類對於機械的最終設想。但是在科技和商業之間的來回碰撞，讓行業對於人形機器人的思考步入更為務實的階段。
「仿人機器人能應用的場景，想象空間特別大。」它具有良好的靈活性和適應性，適合與人類協同作業，或代替人類作業，在醫療服務、家庭護理、教育、物流、工程救災等領域都屬於很大的市場。雖然具備潛力，但是技術成熟度，比如電池、材料、感測技術、AI 技術等，以及成本都還沒有突破到普及應用的狀態，也沒有出現被印證足夠高效的場景。
優必選科技的選擇是當機械能力相對穩定，後期可以透過軟體升級，來不斷擴充套件機器人的能力。比如優必選科技接到 2019 年春晚合作需求時，只有兩個月的時間，而其團隊透過對軟體和演算法的迭代和除錯就成功讓 6 臺 Walker「上場」了。到了 2020 年的「深圳經濟特區建立 40 週年文藝晚會」，不僅數量增加到 7 臺 Walker，機器人還要與演員在舞臺上進行人機互動表演。但如此高難度之下，其團隊最終仍實現了 6 天連續表演 6 場零失誤。
「技術希望機器人酷炫，但是市場希望它有用。我希望技術研發都是以市場為目標，這樣機器人能在更多實際場景中驗證自己的技術，然後有了一定的商業化反饋以後，我們有更多資金去做新技術的探索。技術的領先會隨著市場份額擴大實現正迴圈。」謝錚說。
事實上，優必選科技的確也是這樣做的。公司的用於人工智慧教育的悟空機器人、智慧物流的 AMR 智慧物流機器人、智慧防疫的紫外線消毒機器人 ADIBOT、智慧康養等商業化產品線都用到 Walker 的相關研發成果。
優必選人工智慧教育，智慧物流，智慧防疫解決方案
另外，Walker 也在不斷降低成本。Walker 身上的核心零部件——高效能伺服驅動器，就是優必選科技打破國際壟斷、實現自主量產的範例。而具體到這一代的 Walker X，它採用 U-SLAM 視覺導航技術，逐步取代鐳射導航，讓機器人導航成本進一步降低，效果也更好。對於演算法魯棒性的不斷提升就可以使用成本更低的感測器。Walker X 實現了「模組化」——機器人部分部位，頭部、手掌、電池都可以拆卸和組裝，為更多場景做匹配。熊貓機器人優悠僅僅在 40 天就完成了從設計到誕生，這正是得益於 Walker X 模組化設計的特點。
當前，Walker 已在科技展館、展廳導覽、影視綜藝、人工智慧教育和科研開發等領域實現了應用和探索。隨著自主智慧進一步提升，其將嘗試進入更多 ToB 場景（機場、酒店、銀行等）， 強化其「服務」的功能。優必選科技創始人、董事長兼 CEO 周劍此前就曾判斷，過去十年是服務機器人的儲備期，未來十年則是黃金髮展期，越來越多服務機器人解決方案將在垂直領域落地應用。
而當 Walker 的 AI 能力和安全能力達到一定程度，將會進入 ToC 場景，比如家庭服務。未來十到十五年，隨著人口老齡化的加深，對於康養服務機器人的需求也將越來越多，家庭裡有一個陪伴和服務功能兼具的機器人或將成為現實。
我們可以對此抱有期待，也許未來某一天，你一回到家，跟你打招呼的不是你的家人，而是一個如家人般的人形機器人。
