本文来自微信公众号： IT时报 ，作者：郝俊慧
未来十年，应该是硅基生物真正学会“触摸”和“创造”世界的阶段
刚结束的第二届世界人形机器人运动会，最吸引我的不是跑步、跳高、拳击这些看起来大开大合的体育项目，而是一组关于“手”的比赛，比赛内容是镊子夹豆、粉末称量、积木搭建、拧螺丝、钉钉子……这些看起来每个人随手可做的日常动作。
过去几年提及人形机器人，人们最关注的莫过于“小脑”和“大脑”的演进、海量数据的采集，但在将人类意图转化为机器人落地可执行的生产力之间，还有关键一环——手。
如果说人类文明始于双手开始制造工具，而机器人文明，也可能始于双手重新定义劳动。
在此次运动会上，有一个看似简单的“拧螺丝”比赛，该项目要求机器人自主取出电动螺丝刀，将预设在钢板螺丝孔内的标准螺丝依次拧紧。在很多人看来，这是工业生产中一道最普通的工序，但对于机器人而言，它几乎集合了复杂精细操作所需要的全部能力：视觉识别、精准定位、力量控制以及异常处理。
任何一个细微的变化都可能影响比赛结果。
人类拿起螺丝刀时，可以依靠手眼协调快速完成对准，而机器人这时可能仅仅因比赛现场的灯光频闪，就无法准确识别螺丝的位置，因此必须重新优化算法，提升机器人对于复杂光照条件的适应能力；人类拧螺丝时，能够凭借手部感觉判断什么时候已经拧不动了，但机器人没有天然的触觉，需要通过力矩传感器和控制算法建立反馈闭环，实时调节、控制拧紧力度。
拧螺丝之所以重要，恰恰在于它试图验证人形机器人未来进入真实工业环境的可能。
今年有多家人形机器人公司现场直播了“机器人进厂打工”的真实场景，但从机器人形态来看，足部基本以轮式为主，手部也是钳爪式，而没有双足和双手便很难回答一个在资本市场被长期拉扯的问题：为什么机器人一定需要人形？一个成本更低、不需要充电的机械臂不香吗？
事实上，在工厂场景中，不用说拧螺丝这样的精细活，人形机器人就连搬箱子都未必能干好。此前采访中一位厂长便曾向我吐槽：机器人摔倒之后，将它扶起来甚至重新将头装上去，人需要花费的力气比搬箱子还多。
但这并不意味着工厂里不需要人形机器人，真正需要消除的“人形机器人价值忧虑”是，如何让它不仅看起来像人，干活也像人。
从此次运动会的比赛结果来看，技术快速迭代的速度是令人欣喜的。灵巧手场景赛的8个专项赛中，电动工具装配、粉末称量、积木搭建、镊子夹豆4项冠军均为全自主赛队获得。这意味着机器人无须人工遥控，自主完成感知、规划、执行并赢得比赛。
另一个机器人的举重比赛，看似是力量的比拼，实际上考验的是机器人灵巧手的负载能力、双足在重压下的平衡控制以及全身关节的协同发力，这些也正是人形机器人走向工业搬运、物流分拣和家政服务等真实场景需要突破的核心技术。
这也是为什么特斯拉Optimus等人形机器人项目，近年来一直在强调手部能力。制造一双像人的手，比制造一个像人的身体更加困难。
人的手看似只有五根手指，实际上包含复杂的骨骼结构、肌肉系统和神经网络，手指可以弯曲、旋转，可以感受压力变化，还能根据物体状态不断调整力量。机器人想复制这种能力，需要在有限空间内集成大量精密部件，包括微型电机、减速机构、传动系统、编码器、力传感器以及触觉传感器。
通常情况下，我们以自由度来衡量手的能力。所谓自由度，可以理解为机器人能够独立控制的运动维度，人类手部通常被认为拥有20多个自由度。自由度越高，机器人能够完成的动作越丰富，也越接近人手，但增加一个自由度便意味着需要增加一套机电系统。
因此，一只灵巧手并不是简单的机械手，而是一套高度集成的小型机器人系统，背后意味着更多的执行器、更复杂的控制算法、更高的制造成本，以及更大的可靠性挑战。此前一直跳票的第三代Optimus（Gen-3），自由度据传有22个之多，但也因此导致量产节奏迟缓。
当前，灵巧手面临的“不可能三角”是：高自由度、高可靠性和低成本，很难同时达到。
首先，灵巧手的技术路线还未完全收敛，连杆、腱绳、直驱等方案各有利弊，背后对应的是不同取舍：工业场景需要可靠性，复杂操作需要灵活性，而商业化需要成本可控。
很多人认为，人形机器人最贵的部分应该是人工智能模型和算力系统，但实际上，一双能够完成复杂任务的手，本身就是高价值部件。目前业内公认的是，在量产阶段，一双高性能灵巧手成本约占人形机器人整机成本的15%~20%。
现实情况是，灵巧手还是太贵了。一些采用高性能电机、精密传动结构和触觉传感器的产品，单手成本可能达到数万元级别。坊间传言，Gen-3的一只手成本高达6000美元。如果以特斯拉对Optimus未来量产目标价格2万至2.5万美元计算，一对灵巧手的成本已经超过五成。
所幸，随着国产供应链发展，灵巧手的价格这两年呈逐步下降趋势，今年甚至出现了万元以下的产品，虽然自由度相应较低，但低价灵巧手的入局，希望可以拉动产业链规模效应，从而将整体零部件成本打下来。
当然，价格下降，并不意味着问题彻底解决。灵巧手最大的挑战，不只是贵，还有高鲁棒性，以及随之而来的损耗。
离开展台的机器人必须面对的是，无论是工厂还是家庭场景，都需要一双能够每天工作8小时、连续运行数年的手，否则单每年更换零部件的成本就可能超过本体。
但灵巧手不像普通机械零件，它需要长期进行高频运动，手指每一次弯曲、抓取，都意味着电机、齿轮、丝杠、腱绳和柔性材料承受一次机械负荷。如果机器人大脑无法给出准确命令，或者灵巧手的机械机构无法执行命令，又或者传感器失灵，甚至遭遇突发情况，大脑宕机、灵巧手失控，都有可能大幅增加成本和维护难度。
这也是为什么我对本届机器人运动会灵巧手比赛如此关注。我希望未来人形机器人是“知行合一”的，TA不仅可以感知世界，还能改变世界；TA不仅理解规律，还能将规律作用于现实，而这一切的开始都需要一双灵巧的手。
过去几十年，AI让这些钢铁机器学会了“看”和“说”；未来十年，应该是硅基生物真正学会“触摸”和“创造”世界的阶段。届时，它才真正开始与人同行。
排版／季嘉颖
图片／东方IC特斯拉unsplash豆包AI
来源／《IT时报》公众号vittimes