智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
作者 | 程茜
編輯 | 心緣
距離人形機(jī)器人給你端茶送水的日子還有多久？這一場景已不再是異想天開。
1972年，日本早稻田大學(xué)的全球首臺(tái)全尺寸人形智能機(jī)器人WABOT-1邁出10厘米花了45秒；2023年，一家國內(nèi)創(chuàng)企的人形機(jī)器人小星，1秒鐘就走了70厘米。
51年后，人形機(jī)器人從顫顫巍巍緩步行走，已經(jīng)進(jìn)化到能幫你取咖啡、烤串，還能在草地、野外落葉路、石子路等各種復(fù)雜路面穩(wěn)步前進(jìn)。
小星出自2023年8月成立的星動(dòng)紀(jì)元，就在本周，這家創(chuàng)企完成了超億元天使輪融資，由聯(lián)想創(chuàng)投領(lǐng)投。此前該公司還完成了由世紀(jì)金源領(lǐng)投，圖靈創(chuàng)投跟投的數(shù)千萬元種子輪融資。
星動(dòng)紀(jì)元機(jī)器人本體、驅(qū)動(dòng)器、關(guān)節(jié)電機(jī)、控制算法等這些與人形機(jī)器人本體、小腦、大腦三大核心相關(guān)的零部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全自研。
預(yù)計(jì)2024年，星動(dòng)紀(jì)元將推出全尺寸人形機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)出貨，前期主要面向科研場景，并逐步擴(kuò)展到工業(yè)、服務(wù)等多種場景。
其背后的靈魂人物就是清華大學(xué)交叉信息研究院助理教授、博導(dǎo)陳建宇，他在機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)有10余年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，曾經(jīng)涉足四足機(jī)器人、機(jī)械臂、無人車等。
大模型橫空出世，人形機(jī)器人向更通用智能進(jìn)階，陳建宇聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)表了大型語言模型與人形機(jī)器人算法相結(jié)合的論文（論文地址：https://arxiv.org/abs/2307.00329），用大型語言模型指導(dǎo)小星的上層任務(wù)規(guī)劃，用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來獲取小星的底層控制器。
去年以來，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的熱度空前高漲，國外巨頭玩家量產(chǎn)信號(hào)頻發(fā)，遇到大模型的人形機(jī)器人“大腦”突飛猛進(jìn)，在這種種變化背后，這家成立不久的創(chuàng)企將如何在人形機(jī)器人新時(shí)代寫出自己的獨(dú)特故事？
智東西與星動(dòng)紀(jì)元?jiǎng)?chuàng)始人、CEO陳建宇進(jìn)行了一場深入的對(duì)談。這一切，要從他小時(shí)候的“機(jī)器人夢”說起。
▲星動(dòng)紀(jì)元?jiǎng)?chuàng)始人、CEO陳建宇（身穿白衣）與星動(dòng)紀(jì)元人形機(jī)器人小星合影（中下）
一、從保送清華啟程，“機(jī)器人夢”逐漸照進(jìn)現(xiàn)實(shí)
小時(shí)候，機(jī)器人的種子就開始在陳建宇的心里默默生根發(fā)芽。
受身為大學(xué)老師的媽媽影響，孩童時(shí)期的陳建宇經(jīng)常出入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，觀摩了一場場神奇的實(shí)驗(yàn)后，在百科全書和科幻電影的幫助下，他的腦海里構(gòu)建起了對(duì)科技的初步認(rèn)知。陳建宇說：“說不清楚為什么，我覺得這種科技含量高的東西，讓我覺得非常興奮、非�？帷�”
2011年陳建宇就被保送到清華大學(xué)，就讀精密儀器與機(jī)械學(xué)系當(dāng)時(shí)國內(nèi)最早做人形機(jī)器人研究的單位之一。
一直伴隨著陳建宇的機(jī)器人夢，在他的本科生涯中開始具象化，本科前兩年接觸機(jī)器人硬件，后兩年關(guān)注機(jī)器人算法，本科畢設(shè)涉足了雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃。
2014年，陳建宇申請(qǐng)到美國加州大學(xué)伯克利分校讀博，當(dāng)時(shí)師從美國國家工程院院士、機(jī)電控制學(xué)科先驅(qū)Masayoshi Tomizuka教授。
在海外讀博期間，正值無人車技術(shù)興起，陳建宇的主要課題方向大多為無人機(jī)、機(jī)械臂，當(dāng)時(shí)他關(guān)注的兩條技術(shù)路線分別為模型預(yù)測控制（MPC）以及強(qiáng)化學(xué)習(xí)，這也是星動(dòng)紀(jì)元現(xiàn)在做人形機(jī)器人的研究方向和算法。陳建宇解釋，這是因?yàn)闊o人車本質(zhì)上就是一款機(jī)器人，兩者底層的模型結(jié)構(gòu)很相似，只不過人形機(jī)器人的控制方面難度更多。
博士畢業(yè)回到清華大學(xué)時(shí)，陳建宇一開始嘗試了研發(fā)無人車、機(jī)械臂、四足機(jī)器人等。2021年底，當(dāng)技術(shù)積累逐漸增多，陳建宇內(nèi)心的機(jī)器人夢重燃了，他要做一款自己的人形機(jī)器人。
2022年春夏之交，他正式啟動(dòng)了通用機(jī)器人的研究課題。
隨著研發(fā)的深入，陳建宇開始思考人形機(jī)器人能發(fā)揮的更大價(jià)值，“理論上來看，沒有一款機(jī)器人能像人形一樣具備如此高的靈活度，以及完美跟人類社會(huì)適配的能力”，所以人形機(jī)器人未來上市可以對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生影響，技術(shù)逐漸成熟使得這一新形態(tài)的產(chǎn)品能真正走進(jìn)人們的生活。
這一思考的最終答案就是，從酷炫走向務(wù)實(shí)，他萌生了去“做一家公司”的想法，讓人形機(jī)器人的價(jià)值通過產(chǎn)品化、商品化的形式體現(xiàn)出來。
二、兩年研發(fā)四代人形機(jī)器人，兩種形態(tài)涵蓋絕大部分場景
2023年8月，星動(dòng)紀(jì)元正式成立，但他們的人形機(jī)器人產(chǎn)品誕生要早得多。
陳建宇透露，2022年春夏之交開始研發(fā)第一代“小星”，第二代從2023年初啟動(dòng)到7月初首次曝光，第三代與第二代的研發(fā)開始時(shí)間只間隔1～2個(gè)月，8月份正式亮相，如今已經(jīng)迭代到了第五代，可以連續(xù)上下樓梯和上下坡 、自然步態(tài)行走，并實(shí)現(xiàn)極度崎嶇地面、極度外力作用、30cm落差地面等條件下的自主平衡。
目前，星動(dòng)紀(jì)元的人形機(jī)器人分小星和小星MAX兩種形態(tài)。
從具體的應(yīng)用場景來看，小星身高121厘米，體重28千克，身形小巧的它更注重通用移動(dòng)能力，相對(duì)簡化手部功能，可能會(huì)搭載一個(gè)抓夾來完成戶外的物流、巡檢等任務(wù)。
陳建宇談道，小星不需要做太多需要精細(xì)操作的任務(wù)，并且其體積更孝自由度更精簡，成本更低。在運(yùn)動(dòng)方面，它的跑跳、運(yùn)動(dòng)、平衡等能力能夠更容易實(shí)現(xiàn)。
小星MAX從命名上也可以看出，其自由度、尺寸相比小星都更高、更大，身高為166.2厘米，體重46千克，手部還搭載了靈巧手，他們的設(shè)想是，讓小星MAX能代替成人真正干活，進(jìn)入工廠和家庭。
陳建宇認(rèn)為，目前星動(dòng)紀(jì)元具備的這兩種形態(tài)已經(jīng)基本涵蓋絕大部分場景，未來他們可能會(huì)通過部件模塊化做一些場景細(xì)分。
為什么星動(dòng)紀(jì)元能做到如此快的迭代速度？背后星動(dòng)紀(jì)元研發(fā)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的完善技術(shù)棧起到關(guān)鍵作用。星動(dòng)紀(jì)元在硬件領(lǐng)域的研發(fā)人員都和陳建宇一樣，有十余年的經(jīng)驗(yàn)積累，算法領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)還會(huì)包含學(xué)術(shù)研究能力強(qiáng)的高校博士畢業(yè)生，他們都對(duì)人形機(jī)器人有非常強(qiáng)的信念，或者可以說他們和陳建宇一樣，都有一個(gè)“機(jī)器人夢”。
在這個(gè)信念的支撐下，星動(dòng)紀(jì)元一步步搭建起了自己的技術(shù)棧：先是初步搭起硬件層，讓機(jī)器人先走起來、走得更靈活以及核心零部件全自研同步推進(jìn)，然后給機(jī)器人裝上眼睛、搞定雙腿雙手。這正是從去年到現(xiàn)在，他們?cè)谧龅氖隆?/p>
陳建宇對(duì)于星動(dòng)紀(jì)元的未來是這樣規(guī)劃的：在技術(shù)上，做到從1到10，讓小星走起來、跑起來、跳起來，同時(shí)手部動(dòng)作更通用、操作能力更強(qiáng)；在產(chǎn)品上，做到從0到1，更快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的量產(chǎn)、市場開拓、產(chǎn)品打磨。
在這背后，陳建宇抽象出了一家人形機(jī)器人創(chuàng)企的成功關(guān)鍵，那就是過硬的硬件能力、對(duì)機(jī)器人和AI能力的深入研究以及很強(qiáng)的學(xué)術(shù)能力，最后一點(diǎn)的關(guān)鍵在于，很多人形機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)難題需要學(xué)術(shù)研發(fā)能力進(jìn)行發(fā)現(xiàn)總結(jié)，并將這些新的問題總結(jié)轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。
三、三大核心要素，關(guān)節(jié)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩密度超頭部玩家
在陳建宇看來，人形機(jī)器人必備的三個(gè)要素就是，好的本體、靈活的小腦、發(fā)達(dá)的大腦。
第一個(gè)是本體，為了讓人形機(jī)器人的本體更加靈活，在硬件側(cè)，星動(dòng)紀(jì)元自研本體感知驅(qū)動(dòng)器，使用自研高扭矩密度模塊化關(guān)節(jié)以及一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，核心零部件完全自研，使得機(jī)器人能夠移動(dòng)迅速，同時(shí)抗沖擊能力更強(qiáng)，成本更低。陳建宇談道，他們是國內(nèi)最早一波做出來的。
其中，關(guān)節(jié)電機(jī)采用了正弦化磁場調(diào)制及電磁負(fù)荷調(diào)配技術(shù)、磁路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化及電磁-結(jié)構(gòu)-流體多物理場耦合設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)及方法，峰值轉(zhuǎn)矩密度高達(dá)36Nm/Kg，并獲得了第三方標(biāo)準(zhǔn)化檢測報(bào)告，比目前市面上可以買到的德國TQ電機(jī)核心指標(biāo)高一倍以上。
▲星動(dòng)紀(jì)元自研本體感知驅(qū)動(dòng)器
目前，小星已經(jīng)可以在草地、石子路、落葉等多種復(fù)雜路面上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行走，陳建宇解釋道，他們主要采用了兩種方法，首先是高頻力控，人形機(jī)器人通過高頻反饋的力控制器，在應(yīng)對(duì)突發(fā)干擾時(shí)，能及時(shí)調(diào)整身體狀態(tài)；其次是強(qiáng)化學(xué)習(xí)，這一方法能進(jìn)一步提升人形機(jī)器人的穩(wěn)定性，他們已經(jīng)將同樣算法印證了四足機(jī)器人可以適應(yīng)復(fù)雜地形，正逐步在人形機(jī)器人上遷移印證。
第二個(gè)是小腦，靈活的小腦是控制機(jī)器人平衡的重要支撐，針對(duì)于人形機(jī)器人的應(yīng)用特點(diǎn)，星動(dòng)紀(jì)元優(yōu)化了控制算法，使得人形機(jī)器人的平衡控制、動(dòng)態(tài)性能更高。
研發(fā)小腦部分的算法層面，星動(dòng)紀(jì)元主要采用的是仿真訓(xùn)練，陳建宇介紹了兩種方法：基于模型和基于數(shù)據(jù)。
首先，基于模型的控制方法可以通過高精度物理仿真測試機(jī)器人，并且在仿真中對(duì)算法進(jìn)行判斷驗(yàn)證，就可以提高機(jī)器人相關(guān)性能的測試效率，同時(shí)降低機(jī)器人本體測試過程的損壞頻率；基于數(shù)據(jù)的方式指的是，人形機(jī)器人在仿真里進(jìn)行走路的嘗試和交互時(shí)會(huì)獲取到很多數(shù)據(jù)，這就可以進(jìn)一步做為其數(shù)據(jù)來源學(xué)習(xí)如何走路，基于其在仿真里見到的不同情況學(xué)會(huì)應(yīng)對(duì)各種任務(wù)，然后再將算法遷移到真機(jī)上。
星動(dòng)紀(jì)元還研發(fā)了雙臂靈巧手算法，陳建宇舉了個(gè)例子，他們?cè)诜抡胬锟梢宰岇`巧手拿起一個(gè)復(fù)雜形狀的東西，然后扔到另一只手上，或者雙手配合玩魔方等。
第三個(gè)就是大腦，人形機(jī)器人需要發(fā)達(dá)的大腦，讓機(jī)器人足夠智能來完成指令。陳建宇談道，星動(dòng)紀(jì)元在全球首次提出將視覺語言模型、大語言模型與人形機(jī)器人算法進(jìn)行整合，用大型語言模型指導(dǎo)小星的上層任務(wù)規(guī)劃，用強(qiáng)化學(xué)習(xí)來獲取小星的底層控制器，構(gòu)成的框架可以增強(qiáng)其執(zhí)行任務(wù)的智能性和泛化性。
▲星動(dòng)紀(jì)元提出的視覺語言模型、大型語言模型與人形機(jī)器人算法整合框架
與此同時(shí)，陳建宇稱，他們還會(huì)自己設(shè)計(jì)Benchmark，讓小星在一些有障礙物的環(huán)境里避障，按照指令搬運(yùn)物體、根據(jù)相應(yīng)的菜譜完成食物的準(zhǔn)備工作等。
他還提到了星動(dòng)紀(jì)元下一步重要研發(fā)方向，前面提到的這套框架下大腦和小腦相對(duì)分離，中間會(huì)通過語言等媒介實(shí)現(xiàn)交互，他們將思考如何讓大腦和小腦結(jié)合的更加緊密，甚至于讓大腦本身擁有小腦的一些功能，不光處理語言、視覺，還可以生成一些行為、動(dòng)作，在整個(gè)動(dòng)作控制層面的效果和智能性上得到進(jìn)一步提升。
此外，人形機(jī)器人還有一大好處就是，因?yàn)槠渑c人的外形相似，可以靠人做相應(yīng)的動(dòng)作拿到數(shù)據(jù)，然后機(jī)器人從中學(xué)習(xí)，使得數(shù)據(jù)獲取成本更低。
四、未來，人形機(jī)器人總量將超任一專用機(jī)器人
大模型引爆的新技術(shù)革命激戰(zhàn)正酣，被看作通用人工智能終極載體的人形機(jī)器人迎來了新風(fēng)口。陳建宇談道，近年來人形機(jī)器人本體技術(shù)的快速演進(jìn)與大模型的出現(xiàn)，使得人形機(jī)器人的泛化能力實(shí)現(xiàn)了從0～1的跨越。
工廠的機(jī)械臂等機(jī)器人相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，但其局限在于做的事情較為有限，人形機(jī)器人這類新一代機(jī)器人，隨著大模型的出現(xiàn)，在硬件、軟件、智能性、交互性等方面得到更大提升。他認(rèn)為，從技術(shù)可行性的角度來看，也就是說開發(fā)出下一代機(jī)器人的可能性已經(jīng)具備。
除了技術(shù)突破外，還有一大變化就是如今人們生活質(zhì)量提升，一些傳統(tǒng)勞動(dòng)崗位出現(xiàn)招工難，可以彌補(bǔ)生產(chǎn)力缺口的人形機(jī)器人需求上漲。
人形機(jī)器人因其與人類相似的外形特征，和整個(gè)人類社會(huì)環(huán)境的適配度很高，幾乎可以適用于所有場景。
因此，陳建宇認(rèn)為，最終的結(jié)果就是在每一個(gè)場景里，有一兩款專門的特有機(jī)器人去完成一部分工作，人形機(jī)器人去做剩下的工作，所有這些場景加起來，這有望使人形機(jī)器人的需求量超過任何一類專用機(jī)器人。
除了大模型發(fā)展外，市場還釋放了很多積極信號(hào)。馬斯克在特斯拉二季度業(yè)績會(huì)上透露將在11月進(jìn)行人形機(jī)器人行走測試，同時(shí)其樣機(jī)迭代從“功能實(shí)現(xiàn)”進(jìn)入了“量產(chǎn)實(shí)現(xiàn)”環(huán)節(jié)。
值得一提的是，馬斯克的人形機(jī)器人以及亞馬遜投資的Agility Robotics公司都選擇了讓人形機(jī)器人進(jìn)入工廠、倉儲(chǔ)等環(huán)境中試用，通過打磨迭代，再進(jìn)行量產(chǎn)。陳建宇透露，星動(dòng)紀(jì)元也是如此，他們將通過合作方提供的一些場景，進(jìn)行人形機(jī)器人試用和產(chǎn)品打磨。
結(jié)語：
大模型時(shí)代，人形機(jī)器人商用落地升溫
如果回溯人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，可以看出現(xiàn)如今其技術(shù)及商業(yè)落地的迭代節(jié)奏遠(yuǎn)快于前幾十年。
陳建宇談道，上個(gè)世界七八十年代，日本對(duì)人形機(jī)器人的研究主要停留在緩慢的步態(tài)行走；2018年往后，波士頓動(dòng)力讓人形機(jī)器人變得更加動(dòng)態(tài)；現(xiàn)在隨著大模型的出現(xiàn)，人形機(jī)器人進(jìn)入了智能化+商業(yè)化落地的重要階段。
在這個(gè)過程中，波士頓動(dòng)力作為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)具有標(biāo)志性意義的公司，其在技術(shù)領(lǐng)先性上毋庸置疑，但對(duì)于人形機(jī)器人創(chuàng)企而言，他們需要做性能和商業(yè)化的平衡。陳建宇認(rèn)為，要將機(jī)器人成本和人的工資進(jìn)行對(duì)比，按照工資來算能實(shí)現(xiàn)回本，人形機(jī)器人才有商業(yè)化的價(jià)值。
他補(bǔ)充說，具體的應(yīng)用場景是否需要人形機(jī)器人負(fù)重、搬運(yùn)、走得快或者小跑等才是影響他們?cè)O(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。
不過，相比于國外巨頭在技術(shù)上的領(lǐng)先，國內(nèi)人形機(jī)器人的迭代進(jìn)展更快，再急于場景豐富的國內(nèi)土壤，機(jī)器人真正放到場景里去打磨、迭代的可能就會(huì)更多。陳建宇相信，國內(nèi)人形機(jī)器人創(chuàng)企如果以現(xiàn)在的速度保持產(chǎn)品、技術(shù)迭代，“超越國外巨頭是遲早的事”。
