機器人行業(yè)專題分析

機器人行業(yè)專題分析一、為什么要發(fā)展人形機器人？中國勞動力人口數(shù)量持續(xù)下滑，美、德、日等多國具有同樣趨勢。根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2022年我國人口從年齡構(gòu)成看，16~59歲的勞動年齡人口8.76億人，占全國人口的比重為62.0%；60歲及以上人口2.8億人，占全國人口的19.8%，其中65歲及以上人口2.1億人，占全國人口的14.9%。勞動年齡人口在2011年前后已經(jīng)達到峰值9.4億人，之后開始負增長。十多年間，勞動年齡人口減少超過6000萬。世界銀行發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，美國的勞動年齡人口自2010年開始就加速減少，日本、德國和英法意擁有同樣的人口結(jié)構(gòu)變化趨勢。中國65歲以上人口比例持續(xù)增加，全球2050年65歲以上人口比例將達16%。根據(jù)《中國發(fā)展報告2020：中國人口老齡化的發(fā)展趨勢和政策》預(yù)測，2025年“十四五”規(guī)劃完成時，中國65歲及以上的老年人將超過2.1億，占總?cè)丝跀?shù)的約15%；2035年和2050年時，中國65歲及以上的老年人將達到3.1億和接近3.8億，占總?cè)丝诒壤齽t分別達到22.3%和27.9%。聯(lián)合國數(shù)據(jù)顯示，2021年全球65歲及以上人口為7.61億，到2050年這一數(shù)字將增加到16億，80歲及以上的人口增長速度更快。根據(jù)《世界人口展望2022》的數(shù)據(jù)顯示，2022年65歲以上人口占總?cè)丝诒壤秊?0%，到2050年將升至16%。中國制造業(yè)勞動力總量下降，且年輕勞動力占比快速下降。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2015-2020年，制造企業(yè)平均用工人數(shù)由8711萬人下滑至6550萬人，遠高于同期營業(yè)收入3%水平的降幅。從年齡結(jié)構(gòu)看，2015年制造業(yè)勞動力30歲以下占比28.2%，30-45歲占比45.7%，45歲以上占比26.2%，到了2019年，制造業(yè)勞動力30歲以下占比21.4%，30-45歲占比46.1%，45歲以上占比32.4%，制造業(yè)勞動力年齡老化速度過快。美國制造業(yè)人數(shù)下降，比例已降至歷史最低水平。根據(jù)中央財經(jīng)大學(xué)國際金融研究中心客座研究員張啟迪《重新審視美國制造業(yè)的“衰落”》，自1939年以來美國制造業(yè)就業(yè)人數(shù)持續(xù)增長，至1978年達到頂峰（1933萬人）。2022年美國制造業(yè)就業(yè)人數(shù)為1298萬人，占全部就業(yè)的比重僅為8%，處于歷史最低水平。人力成本持續(xù)上升，機器替代人是一大趨勢。根據(jù)中國政府網(wǎng)，從2022年第三季度全國“最缺工”的100個職業(yè)排行看，其中有39個屬于生產(chǎn)制造及有關(guān)人員，有19個屬于專業(yè)技術(shù)人員。從缺工崗位看，主要缺的是勞動密集型行業(yè)低技能一線員工和部分專業(yè)技術(shù)人員。“在勞動年齡人口下降、勞動力供給趨緊、人工成本上升的背景下，用機器替代流水線上的簡單重復(fù)勞動是一大趨勢?！敝袊嗣翊髮W(xué)中國就業(yè)研究所所長曾湘泉說。根據(jù)ReshoringInstitute報告，全球13個國家制造業(yè)基層員工薪資中，德、美、英人均年薪超過3萬美元，中國在人力方面已不再是低成本國家。中國是全球最大的機器人市場，21年全球機器人增速創(chuàng)新高。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）發(fā)布的《2022年全球機器人報告》，2021年全球工廠新安裝51.7萬臺機器人，同比增長31%，創(chuàng)下歷史新高。全球運行中的機器人存量約為350萬臺，亦創(chuàng)下了新的紀錄。作為全球第一大工業(yè)機器人市場，中國2021年安裝量增長51%，新安裝26.82萬臺。運行存量突破100萬臺大關(guān)，增長27%。二、為什么要是“人形”？原因一：“人形”是最適合人類社會所有場景的形態(tài)，無需改變場景來適應(yīng)機器，一旦技術(shù)成熟可直接用于所有社會場景。根據(jù)中新網(wǎng)，在2019年的特斯拉AIDay，馬斯克曾表示，“TeslaBot可以執(zhí)行一些危險、重復(fù)、枯燥的任務(wù)”。他希望今后人類不想干的事統(tǒng)統(tǒng)交給特斯拉機器人來干，并推測人們可能會發(fā)掘出連他都預(yù)料不到的用途。根據(jù)證券時報，2023年特斯拉股東大會上馬斯克表示，“未來每個人都會擁有一個人形機器人，這個市場將會超過電動車的需求，可能是百億美元級別的。如果人形機器人和人的比例是2比1左右，那么人們對機器人的需求量可能是100億乃至200億個，會遠超電動車的數(shù)量?！备鶕?jù)高工機器人網(wǎng)，馬斯克的思路是第一批機器人主要在B端應(yīng)用，服務(wù)于危險、無聊、重復(fù)的工作或人們不想做的工作；第二批大規(guī)模使用的機器人，讓機器人在現(xiàn)實世界中導(dǎo)航，無需指令也能做有用的事；第三批是預(yù)計不到10年后，人們可以在家里使用的機器人。原因二：恐怖谷理論下，“人形”的好感度上限遠高于非人形，一旦產(chǎn)生移情效應(yīng)將顛覆作為“物”的屬性，即便作為“工具人”性能欠缺也具備商業(yè)化價值。根據(jù)百度百科，“恐怖谷理論”是1970年被日本機器人專家森昌弘提出，森昌弘的假設(shè)指出：由于機器人與人類在外表、動作上相似，所以人類亦會對機器人產(chǎn)生正面的情感；而當(dāng)機器人與人類的相似程度達到一個特定程度的時候，人類對他們的反應(yīng)便會突然變得極其負面和反感，哪怕機器人與人類只有一點點的差別，都會顯得非常顯眼刺目，從而整個機器人有非常僵硬恐怖的感覺，猶如面對行尸走肉；當(dāng)機器人和人類的相似度繼續(xù)上升，相當(dāng)于普通人之間的相似度的時候，人類對他們的情感反應(yīng)會再度回到正面，產(chǎn)生人類與人類之間的移情作用。人形機器人具備滿足馬斯洛前四級需求的可能，移情效應(yīng)下ToC端“人形”將極大提高用戶粘性。根據(jù)維基百科，馬斯洛需求層次理論構(gòu)建了人類需求的五級模型，從層次結(jié)構(gòu)的底部向上，需求分別為：生理（食物和衣服），安全（工作保障），社交需要（友誼），尊重和自我實現(xiàn)。我們認為人形機器人至少具備滿足前四級需求的可能，這是非人形機器人所無法突破的。人類會借助一些物品來滿足各層級需求，而非物品本身滿足人類需求，但人形機器人具備本身滿足其需求的可能性。一旦與人形機器人產(chǎn)生了移情作用，率先進入ToC端的意義將不僅僅是產(chǎn)品力和品牌層面的先發(fā)優(yōu)勢，還有其特定的“形象”，這將大大提高用戶粘性。ChatGPT成熟技術(shù)加持下，只“說”不“做”也可滿足交流、尊重等需求。根據(jù)AI技術(shù)聚合網(wǎng)，ChatGPT的原理是基于自回歸語言模型，它是一種基于深度學(xué)習(xí)的自然語言處理技術(shù)，可以用來生成自然語言文本。根據(jù)世界首位機器人公民、聯(lián)合國創(chuàng)新大使機器人索菲亞官方賬號，英國EngineeredArts公司人形機器人Ameca在安裝了GPT-3后，Ameca變成了一個“專家”，能夠與人們聊天說地，也能快速對答各種提問。在接入GPT-4后，Ameca獲得了通過表情來表達含義的能力，已具備語言、表情、動作等能力。原因三：73855定律下視覺傳達信息作用大，“人形”的肢體語言最符合人類認知。我們認為“人形”的肢體語言、神態(tài)語言最符合人類思維方式和認知，人類無需適應(yīng)機器人，便能輕松理解機器人的動作。根據(jù)百度百科，美國心理學(xué)家Mehrabian研究發(fā)現(xiàn)，55%的信息通過視覺傳達的，如手勢、表情、外表、妝扮、肢體語言，38%的信息通過聽覺傳達，如說話的語調(diào)、聲音的抑揚頓挫等，而語言本身只能傳遞出7%的信息，因此“人形”在實現(xiàn)人機交互中意義重大。例如英國EngineeredArts公司的人形機器人Ameca，僅通過看其表情和肢體動作，就能理解其“表達”的意思。三、什么是具身智能？英偉達創(chuàng)始人黃仁勛在ITFWorld2023半導(dǎo)體大會上表示，AI下一個浪潮將是“具身智能”，其描述的“具身智能”是指能夠理解、推理并與物理世界互動的智能系統(tǒng)，包括機器人技術(shù)、自動駕駛汽車，甚至是聊天機器人，它們會更聰明，因為它們能了解物理世界。根據(jù)上海交大教授盧策吾在機器之心AI科技年會上，發(fā)表了主題演講——《具身智能》，具身智能是智能科學(xué)的一個基礎(chǔ)問題，是指具有身體體驗的智能。從認知角度看，人類是第一人稱視角的智能，但給機器喂很多數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí)，屬于第三人稱的智能，比如給機器很多盒子，并且標(biāo)注這就是盒子，然后機器就會知道這種模式是盒子，但機器并不是通過體驗知道這是盒子的。根據(jù)《具身智能》，主動貓是具身智能，旁觀貓是旁觀智能。1963年的一個實驗?zāi)芤欢ǔ潭日故緝烧叩膮^(qū)別，一只貓被綁起來，只能看這個世界，與其連接的另一只貓則可以主動去走。被動的貓是一種旁觀的智能，而主動的貓是具身的智能，實驗的最后，主動體驗的貓學(xué)會了正常行走，但旁觀的貓并沒能獲得行走能力。具身智能涉及多學(xué)科，是系統(tǒng)性工程。上海交通大學(xué)盧策吾教授在機器之心AI科技年會上發(fā)表主題演講《具身智能》提到1950年圖靈在他的論文《ComputingMachineryandIntelligence》中首次提出了具身智能的概念，概念提出了幾十年了直到近幾年才比較熱門，原因是它涉及到眾多的學(xué)科，當(dāng)時很多學(xué)科都不是很成熟。硬件、軟件還有各種觸覺傳感器也不夠成熟。而到了今天，各個學(xué)科都可以聚到一起來做這么一個宏大的系統(tǒng)。在這樣的情況下，我們才有可能推動這個方向進一步發(fā)展。根據(jù)《具身智能》，具身智能包括3個模塊：具身感知、具身想象和具身執(zhí)行，AI+機器人正是“具身智能”當(dāng)前的落點。工業(yè)機器人主要根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號控制機器人主體完成任務(wù)，主要依賴于機器人的執(zhí)行層。與工業(yè)機器人不同，具身智能機器人若能像人一樣與環(huán)境交互、感知、決策、完成任務(wù)，將不得不提升感知層和認知層的能力。盧策吾教授提出PIE方案，認為具身智能包括3個模塊：具身感知（Perception）、具身想象（Imagination）和具身執(zhí)行（Execution），有望加速推動具身智能落地。目前看來，AI+機器人或許正是“具身智能”當(dāng)前的落點。四、什么是RobotGPT？ChatGPT為人工智能提供了語言載體，人形機器人將提供物質(zhì)載體，實現(xiàn)人工智能從“想到”“說到”到“做到”的跨越。根據(jù)鈦媒體，全球首家5G云端智能機器人運營商達闥機器人公司即將推出首個機器人制造領(lǐng)域的多模態(tài)認知大模型，名為RobotGPT。其創(chuàng)始人、CEO黃曉慶表示，如果把谷歌DeepMind推出的“阿爾法狗”（AlphaGo）當(dāng)作人工智能的原子彈的話，ChatGPT是AI領(lǐng)域的氫彈，作為“兩彈一星”的星，云端智能機器人則是人工智能時代的運載火箭，人工智能的載體，將成為第四次工業(yè)革命的最重要標(biāo)志。ChatGPT本質(zhì)是文字接龍，基于ChatGPT模型思路可構(gòu)建RobotGPT框架。根據(jù)斯坦福大學(xué)2023年最新論文《RobotGPT:FromChatGPTtoRobotIntelligence》，基于和ChatGPT類似的工作原理構(gòu)建了RobotGPT的框架。根據(jù)OpenAI官方對ChatGPT原理介紹，ChatGPT是在GPT（GenerativePre-trainingTransformer）模型的基礎(chǔ)上通過改進優(yōu)化得到的。GPT是一種大型語言模型，能夠生成各種不同的文本類型。GPT模型思路是讓AI在通用的、海量的數(shù)據(jù)上學(xué)習(xí)文字接龍，即掌握基于前文內(nèi)容生成后續(xù)文本的能力。然后人類引導(dǎo)接龍方向即有監(jiān)督訓(xùn)練初始模型，對特定問題告訴AI人類認可的答案。Reward模型進行強化學(xué)習(xí)，進一步優(yōu)化ChatGPT的輸出質(zhì)量。根據(jù)OpenAI官方對ChatGPT原理介紹，第二步訓(xùn)練Reward模型，人的時間精力有限，但AI的精力是無限的，研究人員讓GPT對特定問題給出多個答案，由人類來對這些答案的好壞做排序，基于這些評價數(shù)據(jù)，研究人員訓(xùn)練了一個符合人類評價標(biāo)準(zhǔn)的Reward模型。第三步基于reward模型使用PPO強化學(xué)習(xí)優(yōu)化GPT模型，即AI基于評分去調(diào)整參數(shù)以便在下次問答中獲得更高分。RobotGPT的原理可理解為由ChatGPT的文字-文字接龍，變?yōu)榱宋淖?語言/各類傳感器接收的信號-動作接龍。根據(jù)《RobotGPT:FromChatGPTtoRobotIntelligence》，人的八大智能包括語言智能、數(shù)學(xué)邏輯智能、空間智能、人際智能、內(nèi)省智能、音樂智能、身體運動智能、自然認知智能，機器人實現(xiàn)不同的智能需配備不同傳感器、自然語言處理能力和人工智能算法。在設(shè)計的RobotGPT框架圖，思路類似于ChatGPT，同樣是通過深度學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)構(gòu)建端對端AI大模型。目前ChatGPT是單模態(tài)，RobotGPT需要多模態(tài)模型。達闥機器人公司CEO黃曉慶表示，ChatGPT的出現(xiàn)，恰恰證明機器人需要一個云端大腦。因為ChatGPT是不可能裝在一個小小的計算機里的，它必須裝在一個云里面，變成個云服務(wù)。ChatGPT目前本身是單模態(tài)的，所以它無法支持機器人。而基于多模態(tài)的人工智能大模型要能夠支持多模態(tài)，文字、語言、視覺、運動都要支持，這就是我們在做的RobotGPT。五、表情最像人的Ameca是怎么做到的？Ameca機器人具備互動、感知等功能，表情豐富度高。Ameca被EngineeredArts描述為“世界上最先進的人形機器人”，于2021年12月亮相，并于去年8月獲得了逼真的面部表情。EngineeredArts使用了ChatGPT-3進行對話和翻譯，使用DeepL進行語言識別，并使用AmazonPollyNeuralvoices實現(xiàn)其說話功能。Ameca僅面部就有45個電機，底層技術(shù)是Mesmer+Tritium。Ameca重49kg，臂展1.8米，高1.87米，身體共有52個模塊，支持51種關(guān)節(jié)運動。僅面部就有45個電機，其中眼睛就有8個電機對其進行控制，眉毛有4個電機，嘴巴則有2個電機。這樣它就能完成相當(dāng)復(fù)雜的面部表情。除此之外，它的眼睛和胸前都內(nèi)置攝像機，可以通過人臉識別辨認出2米內(nèi)的人類。它還能通過耳朵聆聽人的聲音，與人互動。做出逼真的表情的關(guān)鍵就是Ameca結(jié)合了AI與AB（ArtificialBody）技術(shù)，而這底層系統(tǒng)是機器人操作系統(tǒng)Tritium和工程藝術(shù)系統(tǒng)Mesmer。Mesmer系統(tǒng)構(gòu)建表情模型，Tritium系統(tǒng)驅(qū)動硬件。Mesmer是一個用于建造仿真人形機器人的系統(tǒng)，通過36個攝像機對人體進行360度的3D掃描后，包括人類的骨骼結(jié)構(gòu)、皮膚紋理和表情，為Ameca提供大量的真人表情數(shù)據(jù)，最終通過立體光刻3D打印機制作精確模具。Tritium機器人操作系統(tǒng)被稱為“為金屬注入生命的魔法”，該系統(tǒng)可以從硬件平臺運行硬件組件，因此Ameca的手臂、軀干和頭才能運動自如，也是實現(xiàn)表情管理的基礎(chǔ)，因為它連接了軟件，硬件和云端，可以驅(qū)動硬件的每一個組成部分。六、人形機器人商業(yè)化前景幾何？具有極強通用性的人形機器人將是機器人界的iPhone，滲透率達到10%將進入加速期。根據(jù)南方科技大學(xué)機械與能源工程系教授、鵬城學(xué)者特聘教授張巍2022年接受真故研究室采訪時表示，整個機器人發(fā)展的趨勢，本質(zhì)上是從專機到逐漸通用的過程。只是傳信息的話iPhone的性價比遠不如BB機，但當(dāng)其可以支持多項功能之后，就會快速重塑整個行業(yè)。當(dāng)人形機器人能完成多項任務(wù)后，他的商業(yè)拐點會出現(xiàn)，最關(guān)鍵的是以后無論加多少App它的基本形態(tài)都不用變。美國著名分析師HarryS.Dent,Jr認為一項新技術(shù)或者一個新興產(chǎn)業(yè)，滲透率達到10%之前被稱之為導(dǎo)入期，發(fā)展緩慢；超過10%的閾值后，將步入高速成長期。類比自動駕駛，通用機器人不需要完全通用才有商業(yè)價值，商業(yè)化可能未來兩三年實現(xiàn)。根據(jù)張巍教授采訪中表示，通用只是一個終極產(chǎn)品形態(tài)，只要不斷地在上面加功能。第一個功能不夠，它的性價比比不過專機，那就加第二個功能，逐漸地就比兩個專機要劃算。人形機器人產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化并不需要足式機器人在實現(xiàn)超能之后才能開始，這個節(jié)點可能在未來兩三年就可以實現(xiàn)。類比自動駕駛，現(xiàn)在也還沒有真正地落地，但是自動駕駛的研究和商業(yè)探索已經(jīng)延展了很多，甚至開始顛覆整個汽車行業(yè)。手機是個人通訊娛樂的通用終端，智能汽車是未來人們在結(jié)構(gòu)化道路上的通用終端，人形機器人將會是面向各類非結(jié)構(gòu)化場景時連接數(shù)字世界與物理世界的通用終端。美國最低時薪7.25美元，特斯拉機器人2萬美元價格可接受度高。根據(jù)美國聯(lián)邦法律的規(guī)定，目前美國境內(nèi)的最低時薪為每小時7.25美元。2021年美國眾議院通過了《提高工資法案》將設(shè)定時薪15美元的最低標(biāo)準(zhǔn)，自2021年1月一直在國會等待審議。按最低的7.25美元計算，特斯拉機器人只要實現(xiàn)替代最基礎(chǔ)的崗位，每天工作8小時，按法定工作日一年工作260天，相當(dāng)于雇主節(jié)省了1.5萬美元人力成本。根據(jù)華爾街見聞，2022年特斯拉AIDAY馬斯克表示，預(yù)計Optimus量產(chǎn)后價格在2萬美元以內(nèi)，若按2萬美元計算，Optimus僅使用1.3年便可覆蓋成本。麥肯錫指出到2030年保守估計4億人將被機器人取代。麥肯錫2017年發(fā)布的《失業(yè)與就業(yè)：自動化時代的勞動力轉(zhuǎn)型》報告指出，全球最高達50%的工作是可以被機器人取代的；有六成的工作崗位，其30%的工作量可以由機器代勞。稱到2030年，全球?qū)⒂卸噙_8億人的工作崗位可能被自動化的機器人取代，即使機器人的崛起速度不那么快，保守估計仍有4億人工作被替代。根據(jù)高工機器人網(wǎng)，弗若斯特沙利文預(yù)測，到2026年全球人形機器人市場規(guī)模將達到80億美元；高盛預(yù)計到2035年，在藍海市場情景下，人形機器人市場能夠達到1540億美元的規(guī)模。工業(yè)、商業(yè)、家用三大場景，人形機器人將率先在工業(yè)和商業(yè)實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。我們認為工廠物料裝配相對結(jié)構(gòu)化，在封閉環(huán)境下且任務(wù)單一。商用領(lǐng)域可實現(xiàn)體驗增強、數(shù)據(jù)收集以及流量轉(zhuǎn)化等功能。而家用場景對人機交互需求和價格敏感性都相對更高。2018年國內(nèi)優(yōu)必選的2150臺克魯澤（Cruzr）機器人在居然之家上崗。顧客可以詢問有關(guān)店鋪的所有問題，如品牌介紹、最新產(chǎn)品、促銷優(yōu)惠、會員權(quán)益等。根據(jù)億歐智庫，優(yōu)必選副總裁胡佳文對億歐表示，“克魯澤記得你的偏好，習(xí)慣，每一次來消費的情景等?！斌w驗增強、數(shù)據(jù)收集以及流量轉(zhuǎn)化三類，商業(yè)場景中的服務(wù)機器人恰好是能將這三種功能同時實現(xiàn)的載體?！耙焕弦恍　笔袌鰧⒊蓜傂?，機器人替換萬億家政市場場景明確。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年中國出生人口數(shù)量為1062萬人，65歲及以上人口數(shù)量超過兩億，“一老一小”成為家政服務(wù)的主要對象。2015年至2020年中國家政服務(wù)業(yè)市場規(guī)模逐年穩(wěn)步增長，2020年達到8782億元，同比增長約26.0%。而2021年該數(shù)據(jù)已增至1.0149萬億元。國內(nèi)人形機器人公司優(yōu)必選健康事業(yè)部高級技術(shù)總監(jiān)張呈昆在接受界面新聞專訪時表示，公司目前主攻的兩大業(yè)務(wù)板塊是“一老一小”?！耙焕稀敝傅氖轻槍夏耆说闹腔劭叼B(yǎng)行業(yè)，“一小”則主要指人工智能教育，研發(fā)了涵蓋學(xué)前、小學(xué)、初中、高中、高職校的貫通式人工智能教育解決方案。中國發(fā)展人形機器人具備成本、場景和產(chǎn)業(yè)鏈三大優(yōu)勢。根據(jù)南方科技大學(xué)機械與能源工程系教授、鵬城學(xué)者特聘教授張巍2022年接受真故研究室采訪，我們認為中國人形機器人具備三大優(yōu)勢，第一是成本優(yōu)勢，由于成熟產(chǎn)業(yè)鏈與相對低的人工成本，足式機器人硬件成本上國內(nèi)有巨大的優(yōu)勢。第二是場景優(yōu)勢，機器人發(fā)展的整個產(chǎn)業(yè)鏈以及落地場景都能在中國找到。無論是ToC還是ToB的場景，國內(nèi)的豐富度都是國外的幾十上百倍。第三是產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，“中國擁有世界上規(guī)模最大、門類最全、配套最完備的產(chǎn)業(yè)鏈體系，機器人產(chǎn)業(yè)已基本形成了從零部件到整機再到集成應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈體系，這種優(yōu)勢不僅沒有國家能夠替代，還會伴隨著產(chǎn)業(yè)更替日益完善?！眱?yōu)必選科技首席技術(shù)官熊友軍表示。七、人形機器人量產(chǎn)還有多遠？摩爾定律將線性增長變?yōu)橹笖?shù)級，2022年已達到“棋盤的后一半”。根據(jù)科學(xué)網(wǎng)，在過去大多數(shù)時間里，科技和產(chǎn)品進步是線性的，而第四次工業(yè)革命呈現(xiàn)出指數(shù)級而非線性的發(fā)展速度。人類長期習(xí)慣于線性的思維方式，而難以適應(yīng)“指數(shù)級”思維模式。21年12月中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、長三角科技戰(zhàn)略前沿研究中心主任陳曉劍表示，真正讓人類第一次認識到科技是可以呈指數(shù)發(fā)展的是摩爾定律，它指出計算能力每兩年將增加一倍。古印度舍罕王故事中“棋盤的后一半”就是摩爾定律的比喻，指的是越到后面指數(shù)增長速度越快。如果從1958年半導(dǎo)體的發(fā)明開始計算，那么2022年我們處在第32個格子上——正好到達“棋盤的后一半”，創(chuàng)新的加速和變革的規(guī)模將迎來新的拐點和引爆點，正是驚喜出現(xiàn)的好時機。22年11月發(fā)布的ChatGPT，開啟了人工智能時代的起點。當(dāng)前人形機器人處于技術(shù)成熟度曲線第一階段，但進步速度將是指數(shù)級的。根據(jù)百度百科，技術(shù)成熟度曲線誕生于硅谷，又叫技術(shù)循環(huán)曲線、炒作周期，是指新技術(shù)、新概念在媒體上曝光度隨時間的變化曲線。美國Gartner公司將其分為5個階段：科技誕生的促動期、過高期望的峰值、泡沫化的底谷期、穩(wěn)步爬升的光明期、實質(zhì)生產(chǎn)的高峰期。萊特定律下“具身”的制造成本能夠迅速下降。根據(jù)維科網(wǎng)，萊特定律是制造業(yè)的規(guī)模效應(yīng)的體現(xiàn)，意思是產(chǎn)量每擴大一倍，成本就會降低15%左右。美國的福特T型車從1909年到1923年的產(chǎn)量和價格變化曲線就完美詮釋了萊特定律。產(chǎn)量從一到十的過程中，生產(chǎn)成本會有三次15%左右的降低，最終生產(chǎn)成本會降到原來的60%左右。再加上零配件成本，也會因產(chǎn)量提升而降低，產(chǎn)業(yè)集群還可以進一步降低成本。國外多家科技公司下注人形機器人賽道，根據(jù)中國國家郵政局官網(wǎng)，亞馬遜投資物流機器人公司AgilityRobotics，機器人預(yù)計24年開始交付，25年全面上市。22年4月物流倉儲機器人制造商AgilityRobotics完成1.5億美元的B輪融資，由DCVC和“安卓之父”AndyRubin創(chuàng)建的PlaygroundGlobal領(lǐng)投，亞馬遜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基金參投。DCVC聯(lián)合管理合伙人MattOcko表示，勞動力短缺會導(dǎo)致供應(yīng)鏈遭到破壞，Agility解決的是企業(yè)勞動力短缺的問題，將人們從重復(fù)或不愉快的工作中解放出來。AgilityRobotics研發(fā)的機器人Digit專門用于在倉庫和配送中心執(zhí)行任務(wù)。根據(jù)維科網(wǎng)，Agility計劃在2024年初向其合作伙伴提供首先雙足運送機器人解決方案，并然后在次年全面上市。OpenAI領(lǐng)投1XTechnologies公司，機器人已實現(xiàn)拿捏物品、輕松開門、自主導(dǎo)航和避障等功能。根據(jù)華爾街見聞，當(dāng)?shù)貢r間3月23日，挪威人形機器人公司1XTechnologies（前稱為HalodiRobotics）宣布在OpenAI領(lǐng)投，老虎環(huán)球和挪威投資者財團跟投的A2輪融資中籌集了2350萬美元，1X計劃用這筆資金來加大力度研發(fā)雙足機器人模型NEO，以及在挪威和北美量產(chǎn)其首款商用機器人EVE。根據(jù)澎湃科技，1X近期Technologies發(fā)布了一段視頻，NEO機器人能夠伸出手指拿捏物品、輕松開門、自主導(dǎo)航和避障等。與其他需要減速才能正常運行的機器人不同，1XTechnologies的機器人可以以1倍速度運行，即與人類的速度相當(dāng)。AI人形機器人初創(chuàng)公司完成A輪融資，正在推出“世界上第一個商業(yè)上可行的通用人形機器人”。AI人形機器人初創(chuàng)公司Figure在5月25日宣布完成了7000萬美金的A輪融資，此前，F(xiàn)igure稱正在推出“世界上第一個商業(yè)上可行的通用人形機器人”，名為“Figure01”。目前Figure正在設(shè)計一個完全機電化的人形機器人，擁有雙手。按照其模型規(guī)劃，最終的機器人將是全電動的，高1.6米，重60公斤，有效載荷為20公斤，充電后可運行5小時。英偉達發(fā)布專為機器人開發(fā)打造的平臺Isaac，大幅降低機器人開發(fā)難度。近日英偉達發(fā)布了專為機器人開發(fā)打造的平臺Isaac，平臺包括軟件、硬件、一個虛擬世界的機器人模擬器。工業(yè)和商用機器人的開發(fā)過程相當(dāng)復(fù)雜，時間長，挑戰(zhàn)大，成本高。在許多用例和場景中，缺乏結(jié)構(gòu)化的環(huán)境也很普遍。NVIDIAIsaac機器人開發(fā)平臺采用端到端解決方案，可幫助降低成本、簡化開發(fā)流程并加速產(chǎn)品上市。今年以來，國內(nèi)密集發(fā)布人形機器人相關(guān)政策。2023年1月，工信部等17部門聯(lián)合印發(fā)《“機器人+”應(yīng)用行動實施方案》，提出到2025年，制造業(yè)機器人密度較2020年實現(xiàn)翻番，服務(wù)機器人、特種機器人行業(yè)應(yīng)用深度和廣度顯著提升。根據(jù)北京、山東、深圳人民政府官網(wǎng)，4月20日，北京市提出加緊布局人形機器人整機，對標(biāo)緊跟國際領(lǐng)先機器人產(chǎn)品，按工程化思路布局北京人形機器人整機及相關(guān)核心產(chǎn)品。4月29日，山東省提出加快布局人形機器人等多項前沿領(lǐng)域。5月31日，深圳市提出開展通用型具身智能機器人的研發(fā)和應(yīng)用，加快組建廣東省人形機器人制造業(yè)創(chuàng)新中心，發(fā)揮粵港澳大灣區(qū)制造業(yè)優(yōu)勢，開展人形機器人規(guī)?；瘧?yīng)用。八、為什么特斯拉Optimus有望率先量產(chǎn)？（一）特斯拉Optimus具備哪些優(yōu)勢？我們總結(jié)了特斯拉人形機器人主要具備以下幾個優(yōu)勢：1）外形：根據(jù)特斯拉22年AIDAY展示，首先從外形上擎天柱身高173cm，體重73kg，符合“人形”。2）價格：根據(jù)華爾街見聞，2022年特斯拉AIDAY馬斯克表示，預(yù)計Optimus量產(chǎn)后價格在2萬美元以內(nèi)。我們認為如果在部分環(huán)節(jié)完全替代人工，這個價格對于工業(yè)和商業(yè)場景具備吸引力。3）商業(yè)定位準(zhǔn)確：特斯拉的擎天柱從最初的定位就符合PMF（Product/MarketFit）理論，這在成本端和設(shè)計理念已經(jīng)體現(xiàn)。4）生態(tài)：特斯拉生態(tài)下，沖壓機、FSD自動駕駛系統(tǒng)、Dojo計算機、D1芯片，為機器人提供了有利條件。5）已有水平和發(fā)展速度：已具備的能力和發(fā)展速度優(yōu)勢，從21年概念圖到23年5月能夠完成復(fù)雜任務(wù)的完整機器人，僅一年半便完成了迭代。相比之下，以當(dāng)前運動性能最優(yōu)的波士頓動力Atlas機器人為例，Atlas售價大約在200萬美元，如此高昂的價格，注定無法在C端大面積鋪開，而B端用戶對于成本與價格的考量往往比C端用戶更加理性且嚴格。波士頓動力公司在Atlas的整個開發(fā)過程中一直明確表示，其人形機器人純粹用于研發(fā)目的。我們認為，從特斯拉人工智能生態(tài)的角度來看待，汽車、機器人和自動駕駛、DOJO超級計算機可以形成閉環(huán)，DOJO和自動駕駛系統(tǒng)充當(dāng)“大腦”，汽車和機器人則在物理空間中拓展認知，再反過來訓(xùn)練“大腦”。根據(jù)我們總結(jié)，特斯拉生態(tài)具備：1）特斯拉制造汽車時引進了全球最大的壓鑄機，人形機器人有上千個零部件，未來也可能通過一體化的方式加快生產(chǎn)制造。2）純視覺方案，可直接嫁接FSD系統(tǒng)。Optimus采用了跟特斯拉電動車相同的感知與計算單元，其中包括自研的芯片，以及三個自動輔助駕駛攝像頭。3）Dojo計算機訓(xùn)練AI模型。dojo是特斯拉開發(fā)的一臺超級強大的訓(xùn)練計算機，目標(biāo)是接收大量圖像和視頻數(shù)據(jù)，并在無人監(jiān)督的情況下自行學(xué)習(xí)。4）D1是特斯拉自主研發(fā)的AI訓(xùn)練芯片，相比于業(yè)內(nèi)其他芯片，同成本下性能提升4倍，同能耗下性能提高1.3倍，占用空間節(jié)省5倍。目前dojo已用上自研D1芯片。5）商業(yè)模式上可直接延續(xù)電動車的“硬+軟”收費模式。21年概念機到22年原型機再到23年5月完整機，Optimus已經(jīng)可以“自己造自己”了。根據(jù)特斯拉2022年AIDAY和2023年股東大會直播顯示，22年10月Optimus首次亮相無法自主行走需要人攙扶，23年股東大會展示視頻中Optimus已經(jīng)可以在車間靈活行走、抓取物體，已經(jīng)擁有環(huán)境探索與記憶、電機轉(zhuǎn)矩控制能力、基于人類跟蹤運動的AI訓(xùn)練以及物體操縱能力，且已打通了FSD底層模塊，實現(xiàn)了一定程度的算法復(fù)用。2022年馬斯克接受采訪時說道,機器人“擎天柱”預(yù)計明年底開始交付,目標(biāo)量是23年10萬臺、24年50萬臺、25年100萬臺。2023年3月馬斯克表示，特斯拉機器人已經(jīng)可以“自己造自己”了。最新展示中Optimus電機可精準(zhǔn)控制不打破雞蛋，已經(jīng)可以完成物品分揀的復(fù)雜工作。根據(jù)特斯拉最新在23年股東大會上發(fā)布的視頻顯示，Optimus完成了一系列復(fù)雜任務(wù)如電機扭矩控制，力度控制更精確、環(huán)境探測與記憶等。例如特斯拉展示了Optimus電機轉(zhuǎn)矩控制的能力，能做到精準(zhǔn)控制力道不打碎雞蛋。此外，Optimus也展示了其基于端到端AI學(xué)習(xí)人類行為的過程，對物體進行分類擺放等，還展示了其從一個容器中拾取物體并將它放入第二個容器中。（二）特斯拉Optimus硬件拆解機器人四大核心組件：傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)。根據(jù)研究，機器人主要由機械部分、控制部分和傳感部分組成，其中機械部分是其它部分的重要基礎(chǔ)。機械部分按系統(tǒng)分包括驅(qū)動系統(tǒng)和機械系統(tǒng)。人形機器人有4大核心組件，分別是傳感系統(tǒng)（對應(yīng)五官）、控制系統(tǒng)（對應(yīng)大腦）、執(zhí)行機構(gòu)（對應(yīng)四肢）和驅(qū)動系統(tǒng)（對應(yīng)關(guān)節(jié)組織）。根據(jù)2023年特斯拉股東大會直播顯示，Optimus視覺方面采用攝像頭純視覺方案，能量方面采用2.3KWh電池，可待機20小時，支持工作全天。特斯拉最新亮相的機器人身高173cm左右，體重73kg，采用了三個攝像頭，兩個常規(guī)的攝像頭分布在左右耳朵的位置，一個魚眼相機分布在最前方，延續(xù)了電動車的純視覺方案。大腦采用TeslaSoC可以進行視覺信息處理，動作決策、以及語音交流。電池部分采用了一塊2.3kWh的電池，電池包內(nèi)帶有充放電及電源管理芯片，可持續(xù)待機20小時，能支持機器人工作一整天。特斯拉對機器人做了損害控制，保證位于胸腔的電池在機器人跌倒是不會爆炸。還對全身的結(jié)構(gòu)件都做了相應(yīng)的受力分析，出于成本考慮，為了適應(yīng)量產(chǎn)沒有選用重量輕、性能好的碳纖維復(fù)合材料，而是采用鋁合金。特斯拉在汽車上有成熟的高壓鑄造鋁合金的經(jīng)驗，在材料端對于機器人將來量產(chǎn)有較大幫助。整機構(gòu)型是大型仿人機器人機械部分的關(guān)鍵點之一，它與關(guān)節(jié)的數(shù)量及布置方式緊密相關(guān)。根據(jù)研究，人體有206塊骨頭，大的關(guān)節(jié)有78個，有六種類型關(guān)節(jié)。一般大型仿人機器人關(guān)節(jié)有15-70個，關(guān)節(jié)類型有三種，旋轉(zhuǎn)（水平方向旋轉(zhuǎn)）、偏移（垂直方向上下移動）、滑動（水平方向線性移動）。特斯拉機器人軀干共有28個關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和直線關(guān)節(jié)各14個，每個關(guān)節(jié)對應(yīng)一個執(zhí)行器，手部共12個執(zhí)行器。根據(jù)2023年特斯拉股東大會直播顯示，我們對28個執(zhí)行器位置和數(shù)量進行預(yù)計，28個執(zhí)行器分別為肩關(guān)節(jié)（單側(cè)三自由度旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）6個，肘關(guān)節(jié)（單側(cè)直線關(guān)節(jié)）2個，腕部關(guān)節(jié)（單側(cè)2個直線+1個旋轉(zhuǎn)）6個，腰部（二自由度旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）2個，髖關(guān)節(jié)（單側(cè)1個直線+2個旋轉(zhuǎn)）6個，膝蓋（單側(cè)1直線關(guān)節(jié)）2個，踝部（單側(cè)二自由度直線關(guān)節(jié)）4個。每個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用到一個諧波減速器，手部單手有6個執(zhí)行器，11個自由度，拇指方面由兩個電機驅(qū)動，驅(qū)動拇指的空心杯電機均橫置在手掌內(nèi)，其他手指各一個。能拿起約9公斤重物體，可以使用工具，實現(xiàn)精準(zhǔn)抓取小部件。通過仿真模擬，考慮成本和重量兩個因素，選出每個關(guān)節(jié)執(zhí)行器最優(yōu)解。根據(jù)2023年特斯拉股東大會直播顯示，在設(shè)計關(guān)節(jié)驅(qū)動器時，最重要的事情就是確定驅(qū)動器的工作范圍。首先對于機器人的工況做了假設(shè)，針對這些工況進行了仿真，在仿真中模擬出了機器人在各種情景下關(guān)節(jié)的輸出力矩。之后將輸出力矩投影到了關(guān)節(jié)驅(qū)動器的效率圖中，采用的是市面上可以買的標(biāo)準(zhǔn)品電機+減速機，之后根據(jù)不同的電機和不同減速比減速器組合，最終組合出十幾萬種結(jié)果，紅色的曲線就是系統(tǒng)成本和重量的最優(yōu)曲線，再選出最合適的電機與減速比方案。之后將全身所有關(guān)節(jié)都做這樣的分析，可以得到全身關(guān)節(jié)的最優(yōu)組合。從局部最優(yōu)進一步到整體最優(yōu)，28個軀干關(guān)節(jié)最終選出6款執(zhí)行器。為了降低生產(chǎn)成本