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“浙”样抢抓人形机器人产业发展新机遇

2024-06-21严梦玲徐雅斌

信息化建设 2024年3期
关键词:人形领域机器人

严梦玲 徐雅斌

当前,人形机器人产业正面临重要的技术风口,成为科技竞争的新高地和经济发展的新引擎。浙江省需抓住机遇,积极布局基础关键技术攻关、支持优势企业做专做精,将人形机器人纳入未来产业进行重点培育

人形机器人又称仿人机器人或类人机器人,是指拥有人的形态和功能的机器人,具有仿真程度高、较强的自主性和多功能性等特点,被认为是机器人技术的集大成者和战略制高点。当前,人形机器人产业正面临重要的技术风口,成为科技竞争的新高地和经济发展的新引擎。正如2023年10月,工信部发布的《人形机器人创新发展指导意见》所指出的:人形机器人将深刻变革人类生产生活方式,重塑全球产业发展格局。

浙江省需抓住机遇,积极布局基础关键技术攻关、支持优势企业做专做精,将人形机器人纳入未来产业进行重点培育。

人形机器人产业迎来跨越发展窗口期

随着人工智能技术应用迭代推进,人形机器人产业迎来了跨越发展的窗口期,其最终目标是通过实现技术通用与低制造成本达到大规模落地使用。目前,人形机器人技术发展面临三大趋势。

人形机器人技术路线演进路径逐渐清晰

从技术看,人形机器人技术主要分硬件和软件两类。硬件可拆分为动力总成系统、感应系统、结构件及其他部件。其中动力总成系统包括伺服电机、减速器、控制器等,感应系统包括芯片、传感器等。软件部分则包括运动控制算法及人工智能算法等。专家预计,未来5年内人形机器人将能实现连贯任务的认知决策,感知水平全面提升;未来10年内能实现更高自由度和运动功能;未来15年内能理解人类情感并实现类人智能交互。

人形机器人被视作人工智能技术重要落地应用场景

人工智能技术快速崛起,牵引人形机器人研发制造多学科交叉汇聚。在基础层,人工智能加速训练人形机器人大模型与数据迭代,并结合传感、脑科学、新材料等前沿技术推动机器智能感知和交互决策系统迅速发展;在应用层,人工智能应用于垂直化、场景化与个性化模型,形成了人形机器人无代码编程、对话类搜索引擎、语音陪伴等新业态。一旦技术接近临界点,人形机器人在消防救援、电力巡检、野外勘察等非结构化场景下的通用性能有望带来大量市场需求。

人形机器人量产成本下降为产业化提供可能

2013年波士顿动力发布的Atlas(一款双足人形机器人)单台成本高达190万美元。2022年特斯拉通过构建零部件生产和“软件开发+本体生产+系统集成”全产业链模式,依托车端算法直接迁移、供应链直接迁移等途径,实现了人形机器人量产规模降本,其研发的Optimus(特斯拉第二代人形机器人)售价有望降至2万美元。据高工机器人产业研究所(GGII)预计,未来3年全球人形机器人在服务机器人中的渗透率将达到3.5%,市场规模超20亿美元,到2030年全球市场规模有望突破200亿美元。

国内外人形机器人发展均在稳步推进

国外人形机器人产业发展起步早

国外人形机器人产业起步较早,现阶段美国、日本和欧洲在人形机器人领域处于领先地位。第一梯队是以美国为首的波士顿动力和特斯拉,在运动能力和智能作业上均具有较强的技术储备和展示能力。2017年波士顿动力公司发布的双足机器人Handle能够在崎岖的地形上行走和跳跃,可实现在复杂工业环境中的智能仓储运输;特斯拉基于DOJO D1超级计算芯片于2022年成功研制能够共用特斯拉“完全自动驾驶”系统的Optimus,是目前唯一明确应用于汽车生产线的项目。第二梯队是日本和欧洲机器人,虽然不适用于野外复杂路面,但手眼协调操作性强,可直接使用人造工具,具有较强的智能作业和精细作业能力。如日本本田公司于2000年发布的ASIMO具备高度仿真的外观和人类相似的动作和感知能力,目前主要应用于教育科研领域;2014年软银集团发布的Pepper具备情感识别和人机交互功能,可用于家庭服务、商业展示等领域。欧洲意大利技术研究院于2018年发布了可行走机器人(Walk—man),可与人类一样使用工具,开发自然,能代替消防员、士兵和拆弹专家从事环境较为危险的工作。

国内人形机器人产业发展达到国际先进水平

与国外相比,国内尽管产业起步较晚,但是近年来先后研制成功了多款人形机器人样机,总体水平达到国际先进。北京理工大学是目前国内人形机器人领域最有影响力的研究机构,其2003年研制的“汇童BHR—1”人形机器人能够实现跑步、跳跃等运动。通过不断地技术迭代,目前“汇童6”已可实现多模态运动;浙江大学研制的“悟空”人形机器人在国内率先实现室外路面的小跑,以及复杂地形的行走、上下楼梯等运动,相关研究处于国内人形机器人领域第一梯队。此外,优必选科技有限公司、小米公司等也推出了人形机器人产品WalkerX与CyberOne,正在向商用化应用方向努力。

总体来看,人形机器人正逐步从科研走向商业化。从技术演进节点看,其稳步推进路线图已比较清晰,现阶段发展的重点在于解决技术和成本痛点。目前除特斯拉人形机器人已有具体应用场景外,国内人形机器人企业离商业化落地还有一段路要走。

浙江发展人形机器人产业机遇与挑战并存

当前,浙江省人形机器人产业发展尚处于初期阶段,研究力量主要来自制造业基础和技术创新能力相对较强的杭州、宁波两地的高校、研究机构和高科技公司。人形机器人产业链上游,浙江在精密减速器、伺服电机及驱动器等核心零部件领域具有较强实力;产业链中游,浙江已建成宇树科技、浙江大学、之江实验室等人形机器人领域整机研制团队;产业链下游,基于省内丰富的应用场景和行业升级发展需要,已积聚了一批优秀的系统集成商。

整机研制技术水平不断提高

浙江省在人形机器人整机制造领域具有较强的研发实力,研制了多种人形机器人样机。浙江大学自2006年起先后研制了四代“悟空”系列人形机器人,其中机器人最快运动速度超过6km/h,跳高0.5m,可上下25度斜坡和10cm台阶,可适应室外路面、草丛、泥地等多种地形。动子科技(宁波)有限公司研发的小型人形机器人BRUCE已在高等教育和职业教育行业实现小批量出货,它是可以自主独立行走、奔跑、跳跃的双足小型人形机器人,也是全球第四款能够自由跳跃的人形机器人。未来,企业计划推出全尺寸大型人形机器人(高170cm,重35Kg,可负载10—15Kg,行走速度7Km/h)。宇树科技推出了国内第一款能跑的全尺寸通用人形机器人Unitree H1,也是全球同类规格中功率性能最高的机器人。之江实验室研制的双足机器人具备双足行走以及多自由度机械臂抓取操作的能力,还具备一定的与外界环境、人类交互的智能化水平;研制的ZJLabers足球机器人战队在RoboCup2019机器人足球世界杯上夺得了中仿人组(机器人高度介于80—140cm)亚军。此外,五八智能科技也是浙江省内整机制造领域优秀企业。

零部件领域竞争力持续提升

浙江省在精密减速器、行星滚柱丝杠、伺服电机、机器人控制器、摄像头、激光雷达等关键零部件和人机交互算法等方面具有较好的基础,处于国内领跑水平。中科院宁波材料所在高功率密度比电机以及正反向高效传动减速器方面取得较大突破,先后研制了高爆发力关节电机、柔性人工肌肉、减速器等驱动装置;拓普集团已成功研制生产高精度滚柱丝杠,并不断迭代升级产品;三花智控携手绿的谐波在墨西哥合作建厂,重点布局包括伺服电机、编码器、扭矩传感器等在内的旋转执行器总成,有望成为特斯拉人形机器人的供应商之一;新剑机电开发了传动系统中的核心部件“行星滚柱丝杠线性执行器”,可成为人形机器人线性驱动解决方案供应商。智昌科技开发了工业机器人操作系统与云脑,为人形机器人操作系统开发奠定了良好基础;海康机器人致力于提供解决视觉检测难题的算法工具,能满足视觉定位、尺寸测量、缺陷检测以及信息识别等人形机器的视觉应用;舜宇智能光学打造的定位类相机适用于各类服务机器人,可快速实现机器人自主避障、场景重建、路径规划等各类需求。此外,菲仕电机、宁波锐星电机等在伺服电机、空心杯电机等驱动部件,瀚晟传动在关节等传动部件,智昌科技在机械臂、控制器和芯片等领域均具备产业发展基础。

但从目前浙江发展人形机器人的现状来看,面临着三大主要问题:一是技术研究积累不足。浙江在人形机器人本体能力、运动能力和智能能力等核心领域与国外先进水平仍存在一定差距,亟需在高爆发大力矩驱动、动态变构型精确建模、高自由度复杂运动规划、未知扰动平衡控制等一批人形机器人基础研究技术方面进行布局,以掌握关键零部件领域核心技术。二是省内进军人形机器人领域的企业较少。目前除了几家人形机器人整机研发单位之外,明确进军人形机器人领域的只有三花智能、宁波拓普、智昌科技、华纬科技(液压弹簧)等少数几家企业。其他的如视觉感知、传感器、电机、减速器、控制器等核心部件厂家虽然有较好的基础,但是尚未明确进军人形机器人领域的意愿。三是典型应用场景尚未有效形成。目前浙江省人形机器人主要以展示为主。主要有之江实验室ZJLabers机器人和浙江大学“悟空”机器人应用于踢足球、打乒乓球等体育竞技娱乐;宇树科技推出的人形机器人原型样机尚未明确应用场景;动子科技(宁波)研制的BRUCE小型人形机器人应用于教育、展示,但实用的典型应用场景未有效形成。

加快推进人形机器人产业浙江发展的建议

从以上的分析中可以看出,浙江应结合自身发展优势,精心布局、积极谋划,从关键技术、应用场景、优势企业、专业人才等方面发力,抢抓人形机器人发展新机遇。

加强基础关键技术攻关。建议设立人形机器人省重大科技专项,统筹布局整机研发、基础配套产品能力提升、工程应用验证等,将人形机器人纳入未来产业重点领域进行培育,建立未来产业研究中心。支持浙江大学、之江实验室、阿里达摩院等强化前沿基础研究和关键核心技术开发,加强多学科交叉融合,突破一批前沿技术,形成一批标志性产品;支持龙头企业牵头,整合产业链上下游资源,积极参与国家人形机器人领域“揭榜挂帅”项目,加快先进技术在人形机器人研发中的集成。

推动典型应用场景试点。遵循产业发展趋势,围绕人形机器人前沿技术和企业创新发展需求,以城市为载体,开放智慧交通、智能电网、医疗教育等智能化场景,为新技术、新产品提供应用测试空间,加快前沿技术商业化落地。加大对现有整机产品开发企业应用场景开发支持力度,优先选择技术容忍度较高的公共领域开展(如道路交通、救灾救援、公共安全)人形机器人应用场景试点,加大试点支持力度,争取在场景培育上形成具有浙江特色的场景项目。

支持优势企业做专做精。结合浙江省产业优势,建立人形机器人产业链优势企业库,落实相关税收优惠政策,重点支持直线/旋转执行器、操作系统和机械臂、伺服控制器、机器视觉等产业链核心领域的企业做专做精。支持企业充分利用进入相关供应链优势,进入人形机器人配套体系。对进入人形机器人配套体系的产品,给予相应的认定奖励;对产业化项目,优先纳入省产业链协同创新项目给予支持。

培育壮大产业人才。充分利用“鲲鹏计划”“领军型创新创业团队培育引进计划”等重点人才计划,引进一批高层次人才团队,培育一批机器人领域卓越工程师。深化产教融合,支持高校牵头建设机器人现代产业学院,加强专业技术人才和复合型高端人才培养。

(作者严梦玲单位:浙江省经信厅高端装备处,作者徐雅斌单位:浙江理工大学)

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