Original 伊然研究員壹號 伊然研究
這一代人工智能以通用大模型為代表，主要功能是用自然語言的方式解決需求。我們不需要學(xué)習(xí)任何軟件，也不需要了解實(shí)現(xiàn)過程如何調(diào)用插件，只要用自然語言提出需求就能得到滿足，所以在協(xié)同辦公、內(nèi)容創(chuàng)作上很快體現(xiàn)出商業(yè)價值。
但要復(fù)制智能手機(jī)在移動互聯(lián)網(wǎng)上的商業(yè)成功，人工智能就不能只靠優(yōu)化人的工作效率，還必須有更加智能化的終端設(shè)備，以及顛覆性商業(yè)模式創(chuàng)新，所以市場預(yù)期轉(zhuǎn)向具身智能，智能機(jī)器人延伸。
英偉達(dá)創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛日前也公開表示，人工智能的下一個浪潮將是“具身智能”（embodied AI），即能理解、推理并與物理世界互動的智能系統(tǒng)。智能機(jī)器人正是承載這個智能系統(tǒng)的實(shí)體。
具身智能三要素——
具身感知（Perception）：通過視覺、觸覺等傳感器交互感知，構(gòu)建模型，形成可以被機(jī)器人使用的具身概念。
具身想象（Imagination）：構(gòu)建仿真引擎，模擬具身任務(wù)，為機(jī)器人執(zhí)行指令提供支撐。
具身執(zhí)行（Execution）：基于計算機(jī)視覺、機(jī)器人學(xué)和計算機(jī)圖形學(xué)，通過多模型訓(xùn)練，在多傳感器合作下完成任務(wù)執(zhí)行。
人工智能的不斷升級迭代，已經(jīng)擁有了邏輯推理鏈，發(fā)現(xiàn)了人腦尚未學(xué)習(xí)到的計算方式（比如Alpha GO對圍棋暴力拆解），未來甚至可能會深入到人腦認(rèn)知不能觸及的領(lǐng)域，找到人腦尚未開發(fā)出來的認(rèn)知框架，所以人工智能的發(fā)展不僅僅是提高效率的問題，而是用更高級更快的算法算計這個世界的能力。
從這個意思上看人工智能的下半場是大模型軍備競賽的下半場，是更全面實(shí)現(xiàn)智能和人機(jī)交互的下半場。
從商業(yè)的路徑來看，人工智能滲透率將跟隨人機(jī)互動程度而拓展，而特斯拉這次引發(fā)的人形機(jī)器人風(fēng)口將是下半場的新方向。
2023年初第一次發(fā)布特斯拉機(jī)器人Optimus（擎天柱）特斯拉股價見底反彈，2023年5月展示了優(yōu)化后的Optimus能夠分辨和抓取復(fù)雜物品特斯拉走出反轉(zhuǎn)，年內(nèi)股價翻倍。表達(dá)了市場對人工智能發(fā)展方向的高度認(rèn)可，今天我們就來分享人形機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)鏈和相關(guān)機(jī)會。
機(jī)器人經(jīng)歷從低級到高級的三代發(fā)展歷程。第一代機(jī)器人完全按照事先裝入到存儲器中 的程序步驟進(jìn)行工作；第二代機(jī)器人則配備傳感器，能夠隨環(huán)境變化來調(diào)整自身行為；第三代機(jī)器人具有感知交互和思維能力，能夠自主處理復(fù)雜問題。
早在上個世紀(jì)70年代日本早稻田大學(xué)就開始研究和開發(fā)機(jī)器人，除特斯拉之外，波士頓動力和中國的優(yōu)必選等長期投入機(jī)器人的公司，但一直無法實(shí)現(xiàn)批量商業(yè)落地，主要原因就是我們要滿足智能化的關(guān)鍵技術(shù)沒有突破，機(jī)器人在識別感知到有效執(zhí)行之間仍有關(guān)鍵的路徑?jīng)]有完全走通。隨著多模態(tài)大模型技術(shù)的興起，模型參數(shù)高達(dá)萬億級別，具身智能的實(shí)現(xiàn)曙光初現(xiàn)。
機(jī)器人技術(shù)涉及軟硬科學(xué)融合，對運(yùn)動控制技術(shù)要求很高，需要機(jī)器人本體技術(shù)、人工智能技術(shù)、手眼協(xié)調(diào)、人機(jī)交互，還有同步定位和導(dǎo)航技術(shù)。人工智能方面包括視覺算法和語音能力、人機(jī)交互能力以及對環(huán)境的理解能力，短期來看運(yùn)動控制軟件和硬件之間的復(fù)合能力是人形機(jī)器人的核心痛點(diǎn)，表現(xiàn)為機(jī)器人動作僵硬反應(yīng)遲鈍，未來隨著AI深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)，仿真 AI大模型的應(yīng)用，機(jī)器人的運(yùn)動能力、步態(tài)控制是可以得到優(yōu)化的。
2022年全球機(jī)器人市場規(guī)模513億美元，2017-2022年CAGR達(dá)14%，其中工業(yè)機(jī)器人195億美元，服務(wù)機(jī)器人217億美元，特種機(jī)器人超100億美元。我國服務(wù)機(jī)器人市場規(guī)模有望在 2023 年達(dá)到 751.8 億元人民幣，占全球服務(wù)機(jī)器人市場的一半。從預(yù)測數(shù)據(jù)看，服務(wù)機(jī)器人的增長空間比工業(yè)機(jī)器人大，畢竟服務(wù)機(jī)器人在相對更開放、更復(fù)雜的場景下工作，更需要智能的加持。目前服務(wù)機(jī)器人主要體現(xiàn)在導(dǎo)覽機(jī)器人、配送機(jī)器人、和陪伴機(jī)器人三個領(lǐng)域，表現(xiàn)出人形特征更容易被市場接受。
機(jī)器人的商業(yè)價值是替代高昂的勞動力成本，國海證券做過測算：在歐洲最低時薪為12歐元，機(jī)器人一年工作300天換算為人工費(fèi)用就是9.43萬美元/年，如果特斯拉機(jī)器人能夠降到2萬美元，那么市場替代勞動力規(guī)模超過2231億美元，和2022年的市場規(guī)模相比，增長十倍。根據(jù)Statistics Market Research Consulting的數(shù)據(jù)，到2027 年預(yù)計市場 規(guī)模將達(dá)到 141 億美元，CAGR達(dá)58.5%。其中2027年中國的人形機(jī)器人市場有望達(dá)到23億美元，CAGR達(dá)56.4%。
由于人形機(jī)器人的替代人工的場景較為廣泛，多家公司已經(jīng)下場開發(fā)。現(xiàn)在特斯拉機(jī)器人“擎天柱”可以完成澆花等簡單家務(wù)，EVE機(jī)器人在ChatGPT的支持下可以在監(jiān)獄和養(yǎng)老院提供安保服務(wù)，小米2022年8月推出了Cyber One人形機(jī)器人，小米機(jī)器人可識別85種環(huán)境聲音和45類人類情感，面部的曲面OLED模塊，可以顯示實(shí)時交互信息。我國人形機(jī)器人龍頭公司優(yōu)必選也向港交所提交了招股說明書，優(yōu)必選機(jī)器人的用途是在家庭場景和辦公場景自由活動，進(jìn)行服務(wù)，國內(nèi)醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域還有一家——傅利葉智能機(jī)器人，在康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域的產(chǎn)品矩陣已經(jīng)基本成型，包括上肢、下肢、運(yùn)動與平衡以及物理治療。
從機(jī)器人的性能和智能化水平來看，特斯拉人形機(jī)器人擎天柱Optimus仍然是行業(yè)內(nèi)的標(biāo)桿性產(chǎn)品，從基本參數(shù)配置看，Optimus包括裝載自研芯片依托FSD（全自動駕駛）等技術(shù)，表現(xiàn)更加智能化，特斯拉人形機(jī)器人的核心是FSD智能系統(tǒng)，和自研的DI芯片加超級計算機(jī)Dojo。Dojo 架構(gòu)擁有一個大規(guī)模計算平面，極高寬帶和低延遲。作為 Dojo 架構(gòu)的重要組成部分，D1 芯片采用 7 納米制造 工藝，處理能力為每秒 1024 億次。
由于每個D1芯片之間都是無縫連接在一起，相鄰芯片之間的延遲極低，訓(xùn)練模塊最大程度上實(shí)現(xiàn)了帶寬的保 留，配合特斯拉自創(chuàng)的高帶寬、低延遲的連接器，算力高達(dá)9PFLOPs（9000萬億次）。它的目的是替人類完成一些重復(fù)無聊的或者危險的工作。
中國能夠加入人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)的主要是硬件設(shè)備，中國已構(gòu)建微特電機(jī)完整工業(yè)體系，產(chǎn)品占據(jù)全球超過70%的產(chǎn)量，其中無框電機(jī)達(dá)到國際先進(jìn)水平。我在4月3日《工業(yè)機(jī)器人：龍頭與新軍》中分析了機(jī)器人需要的減速器、伺服系統(tǒng)和控制器三大核心零部件，當(dāng)時文中涉及的相關(guān)公司五月六月都錄得優(yōu)異表現(xiàn)。
國內(nèi)精密減速器和伺服器發(fā)展都比較快，主要是諧波減速器性能達(dá)到國際水平，而RV減速器、控制器也在奮力追趕。這次根據(jù)特斯拉機(jī)器人核心硬件成本構(gòu)成部分，我們增加分析力矩傳感器、滾柱絲杠、空心杯電機(jī)和柔性傳感器。
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈
力矩傳感器：為機(jī)器人提供觸覺，用于監(jiān)測、檢測和記錄施加在傳感器上線性力和旋轉(zhuǎn)力，是技術(shù)難度非常大的電子裝置。一臺高性能的力矩傳感器頂?shù)蒙蠂鴥?nèi)一臺協(xié)作機(jī)器人的價格，主要的技術(shù)難點(diǎn)在于要解決加工過程中的間隙誤差和干擾，還有對所測的力量敏感度的問題，把運(yùn)動過程中標(biāo)定動態(tài)和靜態(tài)，并在運(yùn)動過程中不斷實(shí)現(xiàn)算法和電路信號傳輸。目前高性能的力矩傳感器在國內(nèi)只有少部分企業(yè)參與，但基本上還是以歐洲和日本產(chǎn)品為主。
滾柱絲杠：特斯拉機(jī)器人用到行星滾柱絲杠。主要功能是完成方向性的運(yùn)動控制。通過將螺旋運(yùn)動和行星運(yùn)動結(jié)合在一 起，將絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽钢本€運(yùn)動，從而進(jìn)行動力輸出。行星滾柱絲杠以往產(chǎn)能主要集中于歐洲、美國等。舍弗勒集團(tuán)于2022年收購Ewellix公司，其前身為SKF行星滾柱絲杠部門，并結(jié)合旗下傳統(tǒng)高端行星滾柱絲杠品牌GSA，基本壟斷國際高端行星滾柱絲杠市場。中國企業(yè)還在努力追趕過程中；
空心杯電機(jī)是機(jī)器人靈巧手的核心部件，在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式。因為沒有鐵芯所以也叫空心杯轉(zhuǎn)子，采用無鐵芯轉(zhuǎn)子減少了轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗，具備鐵芯電機(jī)無法達(dá)到的控制和拖動的特性?？招谋姍C(jī)具有響應(yīng)快、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、轉(zhuǎn)速波動較小的特點(diǎn)，從工業(yè)控制到軍工、機(jī)器人和高端機(jī)床，空心杯電機(jī)應(yīng)用非常廣泛，特斯拉人形機(jī)器人的手部應(yīng)該是空心杯電機(jī) 驅(qū)動裝置 傳統(tǒng)裝置構(gòu)成。
德國和瑞士兩家空心杯電機(jī) 齒輪箱 編碼器集成的公司每年銷售規(guī)模可達(dá)32億歐元，可見市場空間非常大，國內(nèi)有兩家上市公司從事這方面的開發(fā)和生產(chǎn)，但由于生產(chǎn)方式還比較落后，在產(chǎn)品壽命和精度方面存在劣勢。
柔性傳感器：是采用了柔性基板，本質(zhì)上是一種薄膜，然后各種電子元器件集成在柔性基板之上形成皮膚狀的電路，可以廣泛用于醫(yī)療和智能手環(huán)、元宇宙手套和智能家居比如床墊甚至腦機(jī)接口。目前機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的柔性傳感器也被稱為電子皮膚，專指能夠通過接觸被測物體，能夠接觸物體的力量、溫度數(shù)值化，可以加載觸覺、視覺、聽覺、味覺和嗅覺功能。
人形機(jī)器人需要大量運(yùn)用柔性電子技術(shù)。整個市場2021-2028年復(fù)合增長率達(dá)到6.8%，到2028年將會是一個84.7億美金的市場。
柔性傳感器開發(fā)從全球領(lǐng)先的Interlink公司深耕這個領(lǐng)域35年，主要是對動態(tài)力量感應(yīng)，被應(yīng)用于包括汽車機(jī)器人和醫(yī)療和消費(fèi)電子，中國一家蘇州公司能斯達(dá)已經(jīng)掌握了柔性壓阻、壓電、溫濕度和電容四大核心技術(shù)，不斷優(yōu)化柔性感知 采集系統(tǒng) 人機(jī)交互，目前公司的“微納”傳感器在機(jī)器人領(lǐng)域有應(yīng)用。
總的來說，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中很多產(chǎn)品的基礎(chǔ)研發(fā)周期較長，無論是波士頓動力還是中國的優(yōu)必選，以及日本的豐田、本田都一直是長期深耕人形機(jī)器人，由于軟硬結(jié)合的技術(shù)難度和各個零部件設(shè)備復(fù)合協(xié)作的問題始終沒有突破，人形機(jī)器人到目前為止也只能完成一些簡單任務(wù)，經(jīng)過漫長的六十年依然很難商業(yè)化，而且波士頓動力和優(yōu)必選一直持續(xù)虧損，豐田和本田放棄了人形機(jī)器人的持續(xù)投入，是未來商業(yè)化的重?fù)?dān)落在特斯拉機(jī)器人身上，這不是一個短短兩三年就能看到成果的事情。
