作者：龔正、鄭思芳，編輯：臉叔，題圖來自：視覺中國

(資料圖)

日前，Tesla Bot人形機器人“Optimus”原型機在上海進行了全球首秀。身高1.72米，重57kg的它能搬磚、送貨、澆花。馬斯克說，它未來還能扮演貓女，且將帶來“文明的根本轉變”。

TeslaBot在10月初特斯拉2022 AI Day上首亮相時，曾在科技界、投資界引發廣泛回響。雖然有不同觀點，但很多正在尋找未來增長點的人們選擇相信。

我國把機器人作為國民經濟發展的下一個重點。今年4月，《“十四五”機器人產業發展規劃》印發，指出2025年我國要成為全球機器人技術創新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地。

在國內，包含人形機器人在內、具備更廣泛意義的足式機器人（包括雙足、四足），已通過春晚、北京冬奧會等各種場合的表演與呈現，讓大眾有了一定的認知。騰訊、小米等大廠的入局，也讓機器狗這類四足機器人有了走進大眾的機會。

我國足式機器人產業到底發展到了哪個階段，在全球處于一個怎樣的位置，年輕人在這個產業中能有哪些發展機會？

我們對話了南方科技大學機械與能源工程系教授、博士生導師、鵬城學者特聘教授張巍。

張巍教授的核心觀點如下：

1、類比通訊電子行業，機器人行業還處于BB機、商務通等各類專機階段；具有極強通用性的人形機器人將是機器人界的iPhone。只是傳信息的話，iPhone 的性價比遠不如BB機，但當其可以支持多項功能之后，就會快速重塑整個行業。

2、通用機器人不一定需要通用才有商業價值。人形機器人真正進入千家萬戶，可能要十年左右時間。但產業化和商業化并不需要足式機器人實現通用能力之后才能開始，這個節點可能在未來兩三年就可以實現。

3、研究足式機器人是難而了不起的一件事。了不起是因為它具有極大的顛覆性，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構化道路上的通用終端，人形機器人將會是面向各類非結構化場景時連接數字世界與物理世界的通用終端。

4、要學好足式機器人必須打好數理基礎并兼顧動手實踐，兩者缺一不可。這個新興行業急缺優秀人才，對敢于面對挑戰年輕人來說是個好時機。

以下為張巍教授對話實錄：

Q1：您研究和進入足式機器人領域的契機是什么？

A：很難說我從小就喜歡機器人，這是不現實的，對人形機器人抱有極大的興趣也是最近幾年才開始的事。

首先是對控制有深入的研究。我大概從2005年開始一直在做混雜動力學系統（離散事件與連續動力學耦合的系統）的控制與軌跡優化研究，后來隨著深度學習的成熟，又涉及到這類系統的強化學習算法的研究。足式機器人系統隨著離散觸地事件會在不同動力學模型間切換，本質上是一類混雜系統，我前期在這方面的理論研究為后續的應用研究提供了極為重要的基礎。

其次是足式機器人硬件近兩年逐漸成熟，可以快速在硬件上實驗驗證算法并進行迭代，硬件的成熟對行業的發展極為重要。

對機器人的研究大概也就從五六年前開始，在此以前實驗平臺很稀缺，我們都是在打基礎，因為這個行業對基礎的要求很高，過去的研究并沒有浪費，反而能夠直接導入到后面的研究當中。

經過長期的研究和學習和技術背景的匹配，才有了深入足式機器人研究的契機。

Q2：足式機器人，是為解決人類哪些需求而生？

A：整體而言，機器人主要解決兩類需求：

第一個部分是解決移動需求，讓機器人能夠從A到B去做一件事，包括無人車、送餐機器人等都主要是解決了移動需求；

第二個部分是解決操作需求，讓機器人在從A到B的每個場景上進行操作，比如在移動的基礎上加一個機械臂來完成更多的任務。

這兩個部分概括了90%的機器人能力?？梢哉f，這兩個需求，也是我們希望足式機器人能實現的需求。

Q3：一般大眾會有個疑問，為什么一定要造有腳（無論是雙足還是四足）的機器人？

A：以前的機器人多以輪式機器人為主。在解決移動需求上，足式機器人與傳統的輪式機器人存在較大差異，有更多優勢。

首先，輪式機器人通過輪子轉的方式來運動，平地上移動效率比較高；足式機器人則根據人的運動方式來走，地形適應能力更強，原理上能到任何人可以到達的地方。

其次，輪式機器人只能在為它構建的場景中使用，比如搭引橋、鋪馬路或者建軌道，輪式機器人很難去到野外、樓梯、臺階等這類不平坦、但卻是人們生活中處處遇到的地方。

足式機器人能夠彌補現有的輪式機器人不具備的地形適應能力，這對解決移動需求來講是非常重要的。

就操作能力而言，腿足的機構又能為操作提供巨大的優勢，這一點是經常被忽略的。

圖 | 南方科技大學研發的3D點足式雙足機器人

現在解決移動操作的辦法一般是在輪式地盤上安裝機械臂。所用的輪式底盤一般很重，移動時底盤又難以通過調整姿態來調節重心，一旦機械臂超過重心就難以保持平衡；同時由于底盤較大且姿態固定，輪式機器人的移動操作空間也相對有限。

足式機器人（尤其是人形雙足機器人）與人的自由度則相對一致，在狹小的空間內能夠完成輪式底盤+機械臂不能完成的操作任務。

比如人形足式機器人能夠像人一樣彎腰撿東西，或者取對面桌子上的一個東西時還能翹個腳來保持平衡?？梢哉f，在技術完全成熟的情況下，這種形態的機器人能夠解決任何人類能解決的移動操作需求。

Q4：足式機器人是否會和人一樣，能靈活面對各種場景，解決各類需求？

A：如果只是專注于某一類場景，那通常足式機器人不是最好的選擇。那為什么還需要足式機器人呢？本質上是專機和通用的區別。

專機指在固定的場景中代替人去完成相應工作的機器。但問題在于，很多應用情況沒法對應一個場景就設計一個具體的專機。

整個機器人發展的趨勢，本質上是從專機到逐漸通用的過程。比如大部分自動化生產線可以認為是機器人，但人們更多的是稱其為自動化裝置而不是機器人，因為單一性太強。

后來隨著需求的增加，每生產一個東西就換一套設備成本太高，引進工業機器人和協作機器人就成了必然，機械臂能夠滿足更多柔性制造的操作需求。

但是機械臂只能在固定位置上部署，這還是滿足不了某些需求，人們于是就研究在移動底盤上加機械臂，也就是現在的復合機器人，不光有操作能力，還能同時具備移動操作的能力，能夠從 A 到 B 去完成一個任務。這就是逐漸提升通用性的過程。

簡單來說，如果要解決某一個單一任務，這個答案大部分情況下不是足式機器人；如果要解決多個任務，并且任務足夠豐富的話，那答案就是足式機器人。

通用性是足式機器人最大的優點，你不需要為任何樓梯或者任何場景專門設計一個專機去完成任務，足式機器人本身就能完成多個任務。當未來這樣的任務足夠多而且機器人成本又足夠低時，那足式機器人就具有非常大的價值。

Q5：這是否意味著，足式機器人不需要為他們造一個他們能走的環境？

A：以前的設計理念以專機為中心，在大量、單一并且重復的需求之下，這個邏輯是適合的?；疖嚤举|上也是專機，前提是人們需要先鋪個鐵軌才能運行。

足式機器人要替代的不是這些需求。在各種各樣、需求量又沒那么多的情況下，需要機器人的通用性來完成原本需要人來完成的事情。要想替代人來完成任務就必須能夠到人能到的地方，外形不需要長得像人，但必須跟人有一樣的運動方式。

我們的這個世界是根據人的活動特點來構建的，包括臺階有多寬、門檻有多高、門框有多窄，這些都是根據人的身形來定制的。我們已經建立好了這個世界，如果為了引入機械化就得把整個世界都改造，那這就不是為人設計的，而是為機器人設計的。

不可否認兩種思路都是有利的。但是在需求規模不大的情況下，人們不可能為機器人去改造整個環境，足式機器人的價值就體現在這了。

Q6：目前我國足立機器人處于一個怎樣的發展階段？與世界相比，我們是同步還是落后？

A：從學界來講，做足式機器人研究的少之又少，并不是每個學校每個專業都能夠有幾十個老師來做這個事。

從整體水平來講，最近幾年提升不少，但跟國外（尤其是美國）還是有一定差距的。

2019年，美國MIT開源了一套四足機器人的方案，包括硬件和軟件。所有人的技術下限都提升到了同一個起跑線，大家開始能在短時間內做出一個機器狗，但是這個開源方案本質上還是學術論文程度的開源，并不是成熟產品方案的開源。所以大多機器狗基本上只能走兩步或者翻個跟頭，離解決真實落地需求還有較大的差距。

現在這個差距主要體現在軟件算法能力上，國內硬件相對成熟，但功能性很少。所以你會看到，大部分應用仍然以表演性為主，提前固定編排好動作現場再進行回放動作，包括在一些盛大的場合進行表演的機器人。

如何定義水平高不高？就看機器人是基于實時的信息來做決策與控制，還是事先編排好的動作做回放。

現在我們國內根據實時感知信息來做動作的研究還處于初步階段，即使放在全世界來看還沒有幾家公司有完全成熟的方案。包括像波士頓動力這樣的公司，也是2018年后才讓機器狗走進現實的場景中，演示比如上下樓梯、在工廠巡檢等場景，然而至今也還沒看到全天候在工廠能穩定運行的情況，所以技術應該還不是完全成熟的。

就像人閉眼走也能走，但這叫盲走， 在開源的前提下，現在“盲走”的技術都基本在一個水平上。雖然各個研究團隊還有一定的差距但都差不太多。當真正睜眼睛去走走，還要在樓梯等各種場景中都能感知到，然后根據感知的情況規劃足要踩在哪、要施多少力，目前國內的大部分的機器人公司是不具備成熟方案的，高校中的研究也相對比較少。

圖 | LimX正向下樓梯實時視覺反饋展示

Q7：我國發展足式機器人在產業和技術上的優勢和短板有哪些？

A：目前我們最大的挑戰是技術短板，但和國外相比最終我們還會是個贏家，優勢如下：

第一是成本優勢，由于成熟產業鏈與相對低的人工成本，足式機器人硬件成本上國內有巨大的優勢。

第二是場景優勢，機器人發展的整個產業鏈以及落地場景都能在中國找到。無論是 ToC 還是 ToB 的場景，國內的豐富度都是國外的幾十上百倍。有的行業場景在國外甚至是不存在的，從這個規模來看國內是有巨大優勢的。

技術短板主要是欠缺機器人算法方面的原始創新能力。機器人軟件算法能力大體分成三層。

第一個是頂層的 AI 層，就是代替人去做決策。比如機器人現在應該干什么，環境中都有什么物體，應該去哪里，抓取什么物體等。好在最近自動駕駛火起來以后，類似這類AI能力在國內反而是有優勢的。雖然現在技術也不是那么成熟，但是至少國內跟國際上還沒有明顯的劣勢。這個領域還不完全算是機器人領域，我們要解決的是提供通用移動和操作平臺。

其次是定位導航的能力。AI（或人）決策了機器人應該去哪里做什么，接下來足式機器人在移動過程中需要知道哪是A，哪是B點，從A 到 B 走得偏沒偏，這屬于定位導航能力。這跟無人車和無人機是相通的。這個目前來說已經不是很難，國內也有很多團隊在這方面有出色的工作。

最后是運動控制算法能力，也就是如何完成從 A 到 B、從這個臺階走到那個臺階的運動。這件事怎么完成跟上層AI 沒關系，因為AI已經告訴你要從這個點到那個點了，這個過程中需要感知和控制結合的能力，實時感知周圍的環境，并根據感知信息來實時控制二、三十個電機來完成需要的移動操作任務。

在這幾個能力中，國內相對匱乏的還是基于實時感知的多關節的控制能力，這也是我們團隊主打這個核心技術點的原因。

圖 | LimX基于視覺穩定連續上下鋼制鏤空樓梯

Q8：我國在足式機器人領域人才供給的量與質，處于一個怎樣的水平？國內哪些院校在發展足式機器人方面具備較強的實力？

A：有不少團隊在做，近期也吸引了不少新的研究團隊進入這個領域?？傊蠹疫M步還是很明顯的。但因為國內高校還是以論文為導向、以職稱為導向，這些是起反作用的。如果要真正去鉆研到問題里面，可能就很少有時間去申請各種項目和獎項。系統性的問題造成老師們花大量時間去完成指標性的東西，這也是造成我們這么努力還與國外有差距的原因吧。

目前除了我們南方科技大學外，還有浙江大學、北京理工大學、哈工大等這些代表性院校比較有實力。

Q9：我國發展足式機器人，目前的制造研發企業已經有了一些代表。您如何評價他們的產品和背后的技術實力？

A：個人覺得目前沒有很好的落地，大多把機器狗當作玩具類的機器人買回去遛一遛或者拿來表演，這些本質上都是出于獵奇心態或娛樂行為，很難歸類于機器人領域的落地。

國際上波士頓動力和Anybotics正在推進在工業巡檢方面的落地，國內也出現了在工廠里巡檢的例子，但目前大多還解決不了上下樓梯和復雜地形的問題，這樣的話相比輪式機器人沒有太多優勢，大多還是出于獵奇心態和宣傳、展示的需求。

人們對機器人的興趣，來源于期待機器人在未來代替人完成任務，但這個期待目前沒有被實現。

Q10：足式機器人的商業化是否要等到它變得全能后才能實現？

A：我們希望能推動足式機器人真正落地，而且不光四足，我們也很重視人形雙足機器人。在這一點上，我們和特斯拉的理念是一致的。

等到足夠成熟和便宜以后，未來每個家庭都會有人形機器人。人形機器人是未來的手機，相當于機器人界的iPhone ，只不過我們現在還處在大哥大和BB機的階段。如果只是傳信息，BB 機就夠用了，還不需要iPhone，就像是專機和通用機器人的區別。

有些公司會直接布局到iPhone的形態，比如Agility Robotics，特斯拉和我們團隊都會直接研發人形機器人。短時間內還比不上BB機的性價比，因為它還只能完成簡單工作，如發個消息。

然而人形的商業化進程會是漸進式的，要做的就是先把形態固定好，之后再往上加類似于APP的功能。

第一個APP出現，我們可以取代BB機，之后再有兩個、三個APP，漸漸能夠取代打電話、發Email 、記筆記、玩游戲等功能，等到這些功能足夠多以后，iPhone 就可以取代其它專門的電子設備了。

當然這是簡單的類比，總之，當人形機器人能完成多項任務后，他的商業拐點會出現，同時會迎來顛覆性的發展。最關鍵的是以后無論加多少App它的基本形態都不用變，可能出現以前無法想象的機器人界的互聯網式的發展。

所以我的觀點是，通用機器人不需要通用才有商業價值。這只是一個終極產品形態，我們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。特斯拉也類似這種思路，與其左一個BB機，右一個大哥大，每個專機領域各干各的，不如發明一個最終形態的iPhone。

當然一開始在BB機時代去做一個手機可能有點夸張了，看起來沒有必要搞一個這么貴的事，但我們是最早迭代這個產品的人，當我們有了打電話、發 Email 、看視頻這些功能以后，性價比超過了市面上的專機，我們行業就可以開始迅速發展了。在逐漸形成市場規模以后，市場反而就不再需要BB機這樣的專機了。

劃分機器人有不同的維度，在某個維度上我傾向于把機器人分為工具類的機器人，比如像汽車和飛機，這屬于人的交通工具，機器人可以替代人去開車，但不會去代替車，因為這是人的工具；另一類就是代替人的機器人，以后這些是最有可能會被人形機器人或者是足式機器人所取代的。

像馬斯克說未來的人形機器人會比汽車的規模更大，我們也是這么認為的。

以前市場上有顧慮，一是因為技術還不成熟。還有一個是成本太高，但是特斯拉發布會上說可以做到2萬美金以下。雖然乍一聽價格還是很貴，但是在一些商業場景和工業場景中已經足夠。未來家里也不需要左一個掃地機器人，右一個炒菜機器人，一個形態就能夠完成保姆的任務。

我覺得人形機器人要進入千家萬戶，可能要十年以上。但產業化和商業化并不需要足式機器人在實現超能之后才能開始，這個節點可能在未來兩三年就可以實現，特斯拉的預測可能大家將信將疑，但我們根據自身的理解對這個方向以及它的商業化進程是非常篤定的。

我們的足式機器人現在處于什么狀態呢？同另一個領域類比，大概是2010年左右的自動駕駛階段。現在有真正的自動駕駛嗎？也還沒有真正地落地，但是自動駕駛的研究和商業探索已經延展了很多，甚至開始顛覆整個汽車行業。

所以商業節點也是一步步來的，功能也是逐漸增加的，市場規模也在逐漸打開。

Q11：未來足式機器人的發展空間是怎樣的？

A：整個機器人行業大體有兩個發展的思路。第一個發展思路是專注于一個垂直領域，各種各樣的專機一定是存在的，前提是這個領域規模足夠大、場景足夠專一。但在一些規模不大、需求特殊而且不值得專門設計專機的領域，他們的共性是都將成為足式（移動操作）機器人的應用場景。

Q12：足式機器人在未來有望成為家庭陪伴型的娛樂角色嗎？

A：現在足式機器人能滿足一部分的陪伴需求，外形擬人或者長得可愛的機器人都有，但現在也不是特別成功，沒有特別大規模地進到每一個家庭里，因為成本還比較高。

陪伴的價值在哪？這個市場怎么定義？現在還不是特別清晰。我覺得以后會有一個這個分支，但是現在市場和產品都不是很成熟，我覺得它更依賴于通用AI技術的發展，而不是通用機器人的發展。

Q13：足式機器人受到資本關注的原因是什么？您認為資本是否能有足夠耐心，等待足式機器人的發展壯大？

A：我們把這個定義成難而偉大的一件事。難是因為相比現有成熟應用的機器人，足式機器人的軟硬件不僅需要巨大的創新才能實現功能，而且還需要把成本做到盡可能低；偉大是因為它的應用廣度和對人類社會的影響具有極大的顛覆性。對這個賽道感興趣的資本看中的應該就是這一點。

這種類型的資本一般是視野長遠、長期關注前沿科技發展的投資機構，足式機器人正是具有足夠的想象空間和絕對的顛覆性的領域。

尤其是今年可謂是人形機器人真正產業化的元年，亞馬遜投資1.5億美元支持Agility Robotics在物流場景落地， 特斯拉對人形的巨大投入和AI Day 的發布也讓國內的投資人至少看到了人形機器人行業的可行性。同時馬斯克對降低成本的預期和能力，也讓我們看到了潛在的經濟效益。所以整個資本現在對這個賽道是很關注的。

目前，國內像明勢資本、峰瑞資本、昆仲資本等投資機構，都非常關注足式機器人。他們愿意陪科學家走這未來的十年，他們不期待能夠立刻產生價值，在這一點上大家的理念是一致的。因為這個事是難而偉大的，如果不難，就不可能偉大，誰都能做到。

另外，也應該看到市場上大多數投資人還不了解這個新興賽道。由于特斯拉的出現，他們對雙足的關注度要遠大于四足。其實這兩類的核心技術對我們來講是一樣的，我們把它們都會定義成通用移動操作機器人。

Q14：您對對足式機器人行業有關注、可能未來有興趣加入這一行業的年輕人有何建議？

A：打好數理基礎和動手實踐，兩者缺一不可。

國內也有很多人非常有動手的熱情，做各種各樣的機器人，但本質只是在一個技術層次上做各種重復性開發與集成，大部分學生深度的掌握還是不夠的。

很多機器人行業主要依賴從業者工程經驗與技術集成能力，然而足式機器人是一件難而偉大的事，不僅需要工程經驗，還需要對基礎理論的深入理解，其中包括機器人學、非線性控制、最優控制、優化理論與算法、多剛體動力學、機器學習、計算機視覺等。需要長時間的積累，急不來。

這個領域的發展和迭代也很快，三年前的技術與現在完全不同，但是只要深入理解，你就會發現底層的原理與邏輯是一樣的。有基礎原理的深入理解能力才能以不變應萬變，粗淺了解技術是遠遠不夠的?，F在市場上足式機器人優秀人才相對匱乏，對敢于面對挑戰年輕人來說是個好時機。

本文來自微信公眾號：真故研究室（ID：zhengulab），作者：龔正、鄭思芳，編輯：臉叔

關鍵詞： 人形機器人