近日,未来机域编辑部又听到了一位合作伙伴企业——灵心巧手的好消息,它作为国内“机器人灵巧手”的知名创新企业,宣布完成数亿元人民币A+轮融资。短短一年之内,灵心巧手接连完成了多轮亿元级融资(今年的4月、8月、10月,灵心巧手都宣布了融资的好消息)。
除了灵心巧手之外,因时机器人、傲意科技、灵巧智能、钧舵机器人的控股子公司淳栋触控、强脑科技BrainCo等创业公司都得到不少资本的青睐。然而,在这狂热的资本背后,有几个特别值得思考的问题。一、为什么资本那么热衷于投资灵巧手?为什么会有那么多创业公司专攻灵巧手?而没有那么技术公司专攻其他的诸如腿足等零部件?二、在技术上,攻克“灵巧手”的难点在哪里?三、当我们在展会上看到那么多“灵巧手”,我们核心看哪些指标才能评估出一只“手”的好坏?今天这篇文章,就让我们来逐一拆解上述问题。
1为什么资本那么热衷于投资灵巧手?为什么会有那么多创业公司专攻灵巧手,而没有那么技术公司专攻其他的诸如腿足等零部件?
先说为什么资本热衷于投。第一要素肯定是商业回报。资本热衷于投卖的出去的产品且有利润空间的产品。据不完全统计,灵巧手成本占整机成本约 30%,成本占比高的同时,几乎所有类型的操作型机器人都对灵巧手有刚性需求。比如这几天非常火热的Sunday Robotics公司发布的家务机器人,尽管已经尽量简化机器人操作的5指变为3指,但是在各个视频中还是不断强调它的灵活性。
换句话说,如果机器人要走进千家万户,那末端的执行器很大概率是一只“灵巧手”,尽管这个手并不是人类手掌的样子。第二要素,资本热衷于投有长期回报和高附加值的产品。这一点在下一个问题“灵巧手需要攻克哪些技术难题”上,也会涉及到。如果灵巧手不是一个需要高度创新的零部件,或许资本很难获取更多的附加价值,也就不会投资了。正是因为它需要大量的研发投入,资本才能赚取长期的增长价值。如果资本是这样,那企业又为何愿意专攻灵巧手呢?我们时长看到各种灵巧手赛道的创业公司,却鲜少看到技术公司专攻其他的诸如腿足等零部件?其核心在于市场需求。灵巧手是机器人与物理世界交互的“最后一厘米”,不管是工业里的精密装配、精密分拣,医疗领域的辅助手术、康复假肢,还是特种场景的排爆、太空作业,都离不开它的高精度操作。而腿足等零部件则具有很强的可替代性,比如在工厂物流用轮式机器人,比腿足机器人续航更长、维护更简单。同时,灵巧手可独立作为零部件供应,无需深度绑定特定机器人整机设计。而腿足零部件与机器人整机的机械结构、动力系统、控制算法深度耦合,比如不同人形机器人的身高、体重、负载需求不同,腿足的关节设计、动力参数需针对性定制,难以形成标准化产品。这也就是为什么很多本体厂商,也会推出自己的灵巧手产品,因为很多场景下,客户会单独采购灵巧手安装自研的机械臂等操作设备上。当然,当前灵巧手存在明显的市场空白,低成本方案操作能力不足,高自由度方案价格动辄数万美元且量产能力欠缺,创业公司可通过技术创新填补这一缺口。同时资本对其热情高涨,资本的加持会让更多的创业公司嗅到机会加入到产业链配套上来,形成了资本与产业相互促进的局面。
2在技术上,攻克“灵巧手”的难点在哪里?
其实在回答这个问题之前,真的不得不感慨人类手指的精密结构。当我坐在电脑前面飞快地根据我大脑的指令敲击出这些文字时,机器人如果想学习,也一定想要获得一双像人类一样灵巧的双手。
灵巧手之难往往就在于复刻人类手部复杂构造与多元功能,同时适配具身智能机器人在不同场景的实操需求,其技术攻克过程中面临结构仿生、感知反馈、控制算法等多方面难题。人手有 27 块骨头、22 个关节及数十条肌肉协同工作,要复刻这种结构,需用电机、减速器等部件模拟骨骼与肌肉功能,且必须集成在人手大小的空间内更是让机械结构设计难上加难。
在驱动方式上,也需要技术创新达成一种几乎是完美的平衡。刚性直驱方式虽能保证操作精度,但微型电机和精密减速器在手指有限空间内不仅难以安装,还存在散热难题,长时间工作易导致电机永磁体退磁;而柔性绳驱虽更仿生,可实现远端电机驱动,但腱绳易出现磨损、松弛等问题,会影响动力传递的稳定性。此外,人类手部皮肤能感知力度、纹理、温度等多种信息,而机器人灵巧手要实现这一功能,需在狭小手掌空间集成各种传感器。比如人类手指的触觉感知,在灵巧手上就一直是一个难题。悟通感控创始人兼CEO陈立洋曾解释:触觉传感器到底是什么?在人类进化中,感知、学习、思考、行动构成了智能演化的核心循环。而当下机器人技术里,执行层面已有诸多突破,触觉感知环节却相对滞后——这正是机器人难以实现我们美好愿景的关键短板。对人类而言,握笔、抓取鸡蛋、鼠标或香蕉这类简单动作,对机器人来说却极具挑战。
触觉传感器的核心使命,是赋予机器人灵巧手精准抓握的能力;悟通感控专攻的产品就是具备高柔性、高灵敏度、高稳定性的薄膜传感器。
薄膜压力传感器存在诸多核心难点:一是量程与灵敏度的平衡,二者往往难以兼顾,薄膜因厚度限制,这一矛盾更突出;
二是稳定性问题,包括蠕变、满量程稳定性及温飘,直接影响灵巧手持续抓握与反复抓握的可靠性;
三是响应时间、精度与准确度的优化;
最后是量产的批次一致性与寿命,这直接决定成本能否可控。
可以看到,仅仅触觉这一个感知维度,就需要材料学、力学、电磁学等多个学科的融合创新。2000年前后,导电高分子的出现让“塑料导电”成为现实,这一突破获得当年诺贝尔化学奖。自此,薄膜在传感器领域的应用潜力被广泛关注。离子材料的出现,其内部自由移动的阴阳离子可在电极形成纳米级双电层电容,彻底解决了灵敏度问题。陈立洋介绍道,悟通通过晶体共价交联离子导体技术,将原本“面接触”的材料重构为“弹簧式”结构,同时实现微结构自发形成,无需昂贵光刻模板,进一步攻克了稳定性难题,这才有了薄膜传感器颠覆性变革。
除了多维度传感器的难题,灵巧手还要解决控制算法的精准与泛化难题。灵巧手自由度增加会使控制算法复杂度呈指数级上升。关节数量增多会大幅提升算法的运算压力,极易出现指令延迟或动作不协调的问题。
3当我们在展会上看到那么多“灵巧手”,核心看哪些指标才能评估出一只“手”的好坏?
其实我相信看我们平台的大部分读者不是要去买一只“灵巧手”,而是想知道,可以从哪些角度可以评判“灵巧手”的性能。当然,我们不能仅看单一参数,需结合运动、感知、性能稳定性及适配性等多核心指标综合判断。第一,运动能力是决定灵巧手的操作边界运动能力是灵巧手完成各类动作的基础,核心指标直接影响其能否模仿人类手部完成精细或大幅度动作。比如自由度(DoF),指的是独立可控的运动方向数量。比如运动可达性,即手指能触及的三维空间范围。重复定位精度则是用来评估灵巧手动作的准确性的重要指标。第二,抓取与负载性能决定灵巧手的实用强度灵巧手能否稳定抓取不同重量、材质的物体,是其能否落地到实际场景的关键。我们经常会看到两种demo视频来演示灵巧手产品的先进性。比如,让一只手抓起一个空纸杯而不捏扁它,这表达的是灵巧手的抓取力与力控精度,抓取力是手指最大施压值,力控精度则是调节抓取力的细腻程度。
再比如,我们经常看到灵巧手来单手轻松拎起一个哑铃,这说的是负载与被动载荷能力。负载是单次抓取最大重量,被动载荷是静止时能承受的最大重量。家用环境中,人类需要经常负载的重量很多也超过10kg,因此越大负载越大的灵巧手,肯定具备更加广泛的应用场景。第三,感知能力决定灵巧手的环境适配力这一点我就不多赘述了,感知能力包括了触觉、视觉,位觉,以及多传感融合能力。第四,稳定性与耐用性决定灵巧手的使用价值这关系到灵巧手的使用寿命和维护成本,尤其对工业、户外等场景至关重要。包括航干扰性与结构稳定性,比如停电时仍能保持姿势;材质与耐用性,比如材质可用于高温、高压等各种极端环境。
第五,适配与集成特性决定灵巧手的落地兼容性这类指标关乎灵巧手能否与不同机器人、场景适配,影响其商业化推广的难度。驱动方式决定其适配场景,如,液压驱动适合大型工业设备,但需额外动力源。接口与协同性,如果配备了标准化接口能让灵巧手快速适配不同品牌机器人,降低下游适配成本,也是灵巧手很重要的一个参数指标。当然,以上指标仍然没有穷尽所有产品feature指标,是为大家评估灵巧手提供一些角度而已。
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