日前 ，宇樹(shù)科技公開(kāi)了新品預(yù)熱海報(bào)（見(jiàn)下圖） ，這款即將發(fā)布的人形機(jī)器人以“芭蕾舞者 ”形象示人——寬肩窄腰，體形纖長(zhǎng) ，正踮著腳尖似乎要翩翩起舞 。
此番首次亮相的“31個(gè)關(guān)節(jié)自由度 ” ，是宇樹(shù)科技人形機(jī)器人此前從未達(dá)到過(guò)的 。
機(jī)器人有時(shí)給人以“笨重”之感，而此次海報(bào)上 ，Agile（敏捷的）和Elegant（優(yōu)雅的）兩個(gè)簡(jiǎn)潔的單詞引人矚目。
身高180厘米 、兼具敏捷和優(yōu)雅的人形機(jī)器人 ，會(huì)是怎樣的？解放日?qǐng)?bào)記者專(zhuān)訪了機(jī)器人專(zhuān)家 、上海大學(xué)國(guó)家級(jí)工程訓(xùn)練示范中心主任郭帥教授 。
關(guān)節(jié)自由度是否越多越好
在談?wù)撊诵螜C(jī)器人的關(guān)節(jié)自由度時(shí)，不妨先來(lái)看看人體有多少關(guān)節(jié)自由度 。
在人體解剖學(xué)和生物力學(xué)中 ，自由度指的是一個(gè)關(guān)節(jié)在空間中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的方向數(shù)量。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō) ，就是關(guān)節(jié)能朝幾個(gè)方向“自由 ”地活動(dòng) 。因?yàn)榇嬖趥€(gè)體差異，計(jì)算人體總自由度數(shù)非常復(fù)雜，且不同學(xué)者的計(jì)算方式略有不同 。
最常被提及的答案是：一個(gè)沒(méi)有手指和腳趾細(xì)節(jié)的人體模型 ，其自由度總數(shù)在200到300之間。
一般而言 ，自由度高的機(jī)器人本體有更加靈活的動(dòng)作表現(xiàn) 。一個(gè)仿人機(jī)器人需要分配足夠的自由度來(lái)模仿人類(lèi)的動(dòng)作，比如行走、抓取等 。
那么 ，人形機(jī)器人自由度是不是越多越好？
“并非如此。 ”郭帥說(shuō)。首先要看自由度的設(shè)計(jì)與控制 ，這決定了機(jī)器人的靈活性和能力 。如果無(wú)法精確模仿人的主要?jiǎng)幼?，再多自由度也是冗余 。其次 ，要看成本與復(fù)雜度。更多自由度 ，也就意味著更多的驅(qū)動(dòng)器（比如電機(jī)） 、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和更困難的控制算法 。
因此，人形機(jī)器人自由度需要在功能性和復(fù)雜性之間取得平衡 。這也是為何人形機(jī)器人當(dāng)前主流自由度一般為30個(gè)左右（不算靈巧手自由度）。比如 ，小鵬的Iron：32個(gè)；智元的靈犀X2探索版：31個(gè)；逐際動(dòng)力的LimX Oli：31個(gè)；星動(dòng)紀(jì)元的星動(dòng)L7：31個(gè)；特斯拉的擎天柱：30個(gè)；優(yōu)必選的Walker S1：29個(gè)……
此前 ，宇樹(shù)科技在春晚扭秧歌的人形機(jī)器人有19個(gè)自由度，上個(gè)月發(fā)布的第三款人形機(jī)器人R1配備26個(gè)自由度 。
對(duì)于即將發(fā)布的“芭蕾舞者”31個(gè)關(guān)節(jié)自由度分布情況 ，郭帥預(yù)測(cè)“6×2+3+7×2+2 ”分別對(duì)應(yīng)腿 、腰、臂 、頸 ，主要增加了手臂和腰部的自由度數(shù)量，將大大提高上肢的運(yùn)動(dòng)能力 。
值得一提的是，頸部2個(gè)自由度和腰部3個(gè)自由度的設(shè)計(jì) ，使得機(jī)器人能夠做出更加自然的頭部和軀干運(yùn)動(dòng)。這在與人類(lèi)互動(dòng) 、情感陪伴等場(chǎng)景尤為重要 ，機(jī)器人能更流暢地與人類(lèi)進(jìn)行眼神交流和體態(tài)互動(dòng) 。
“31個(gè)關(guān)節(jié)自由度將給宇樹(shù)科技帶來(lái)更高的硬件平臺(tái)，加上其原先的軟件和算法能力 ，我們可以期待新一代機(jī)器人將擴(kuò)展出新的功能 。 ”郭帥說(shuō)。
“芭蕾舞者”是否真的能像專(zhuān)業(yè)舞者一樣跳芭蕾？郭帥認(rèn)為可能性不大 ，因?yàn)椤澳_的自由度沒(méi)有那么高 ” 。
未來(lái)會(huì)朝著更仿人的方向進(jìn)化
“芭蕾舞者 ”身高180厘米，與宇樹(shù)科技之前發(fā)布的H1都是大高個(gè) ，但從海報(bào)上的剪影來(lái)看 ，“芭蕾舞者”在形態(tài)擬人化上有了不小的突破，線條更纖細(xì)、更流暢 。
在郭帥看來(lái) ，“31個(gè)關(guān)節(jié)自由度+180厘米的身高”很好地實(shí)現(xiàn)了仿生學(xué)設(shè)計(jì)理念 ，再加上具有“敏捷 、優(yōu)雅 ”的身姿，這款人形機(jī)器人與相同身高的H1“工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用 ”不同 ，可能會(huì)融入服務(wù) 、醫(yī)療、陪伴等復(fù)雜多變的社會(huì)場(chǎng)景 ，使機(jī)器人逐步走向“通用化”。
就像蘋(píng)果手機(jī)每年推出新版本，硬件系統(tǒng)公司的研發(fā)同樣需要小步快跑，而技術(shù)迭代往往朝著降本和提效兩個(gè)方向。宇樹(shù)科技會(huì)翻跟斗的R1一大亮點(diǎn)是降本 ，售價(jià)3.99萬(wàn)元起 ，而宇樹(shù)科技也因多次擊穿行業(yè)底價(jià)，在機(jī)器人行業(yè)被稱(chēng)為“價(jià)格屠夫 ”；即將發(fā)布的“芭蕾舞者 ” ，顯然主要是在提效上下工夫 。
“這種密集迭代反映宇樹(shù)科技的研發(fā)已進(jìn)入一個(gè)非常好的良性循環(huán) ，未來(lái)人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)會(huì)朝著更仿人的方向進(jìn)化 。”郭帥認(rèn)為。
第一個(gè)方向是自由度結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化 。比如肩關(guān)節(jié)要實(shí)現(xiàn)3個(gè)自由度，現(xiàn)有的技術(shù)只能裝置3個(gè)關(guān)節(jié) ，未來(lái)一定是3個(gè)自由度集納在一個(gè)關(guān)節(jié)里 ，這時(shí)它的外形會(huì)更小巧，運(yùn)動(dòng)能力也會(huì)更接近人類(lèi) 。
第二個(gè)方向是給機(jī)器人減重。對(duì)于機(jī)器人而言 ，能效比是最重要的指標(biāo) 。能效比越高 ，意味著機(jī)器人用更少的能量就能完成更多工作 。正如特斯拉Model YL和理想i8搭載的都是三元鋰電池，為何前者里程可以跑得更遠(yuǎn)？主要是因?yàn)殡娍匦矢咔臆?chē)身輕了522千克。
一個(gè)臃腫的機(jī)器人難以做到“敏捷優(yōu)雅 ” 。郭帥猜測(cè) ，“芭蕾舞者 ”具有更高能效比的本體結(jié)構(gòu) ，有些部件可能改用更輕的復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的生鐵或鋁，從而把自身重量降下來(lái) 。此外，他估計(jì)這款機(jī)器人在減重、瘦身方面做了大量人性化設(shè)計(jì)。
展望未來(lái) ，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)有什么新機(jī)遇？
“當(dāng)大家都統(tǒng)一用30個(gè)左右的關(guān)節(jié)自由度時(shí) ，關(guān)節(jié)就會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化，這對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)利好消息 。”郭帥說(shuō) ，因?yàn)楝F(xiàn)在每個(gè)關(guān)節(jié)用的電機(jī)不一樣 ，成本自然也高 。此外，隨著人形機(jī)器人的提效 ，將逐步開(kāi)始真正融入人類(lèi)的生活 ，開(kāi)發(fā)出更多的場(chǎng)景，這對(duì)產(chǎn)業(yè)而言意味著一大波新的機(jī)會(huì)。
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