智東西（公眾號：zhidxcom）
文 | Kiva
智東西1月9日美國CES 2019現(xiàn)場報道，一年一度的美國消費電子展（CES）已經(jīng)成為了科技企業(yè)對外秀肌肉、展示公司新品和重大進展的最佳場合之一。
2018年初，國內(nèi)人工智能獨角獸、服務(wù)機器人企業(yè)優(yōu)必選曾在CES2018上首次展示了其研發(fā)的雙足機器人Walker，并秀出了下樓梯、踢足球等技能，吸引了海內(nèi)外眾媒體的熱烈關(guān)注，智東西也在第一時間進行了現(xiàn)場報道（對話吳牟雄：解讀優(yōu)必選首款雙足機器人研發(fā)背后的難點）。
優(yōu)必選創(chuàng)始人兼CEO周劍曾當場立下Flag：將在CES2019上展示帶有雙臂、更成熟、更類人的Walker。在CES 2019的第一天，智東西赴美小分隊專程來到了優(yōu)必選的展臺，一探優(yōu)必選大型仿人服務(wù)機器人Walker這一年來的進展。
▲左為第一代Walker，右為Walker新一代
今年，優(yōu)必選將Walker升級為“Walker新一代”。在一年的時間里，Walker從硬件、軟件到AI能力都獲得了突飛猛進的進展，也代表了中國機器人公司在大型仿人機器人方面取得的突破。
從外觀上看，Walker新一代已經(jīng)具備了人形機器人的基本形態(tài)，它有手能抓取、有腿能走動、有腦能交流，而表情等多模態(tài)交互方式也讓Walker新一代更具親近感。周劍曾說過，優(yōu)必選的夢想是“讓人形機器人走進千家萬戶”，Walker作為優(yōu)必選大型仿人機器人領(lǐng)域的全新嘗試，也從這一場景出發(fā)，開發(fā)出了諸多家庭必備技能，如端茶倒水、開門關(guān)燈、彈琴作畫等。
看到Walker第一代，也許有人會想起本田的人形機器人ASIMO。雖然從外形上看，Walker新一代與ASIMO有些類似，但Walker新一代做了更多優(yōu)化的設(shè)計，Walker新一代的電池并沒有像ASIMO那樣背在背部，而是采用了隱藏設(shè)計；它還增加了類似于《機器人總動員》中Eve一樣的雙眼，看上去十分乖萌；金色/灰色的條紋配色也讓Walker新一代看上去更具設(shè)計感。
“光說不練是假把式?！痹贑ES2019現(xiàn)場，Walker新一代就大秀了一番。
Walker新一代為何會在僅僅一年的時間內(nèi)進步得如此神速？它離正真進入家庭和人類一起生活還有多遠？
▲優(yōu)必選CTO熊友軍
帶著這些疑問，在CES 2019期間，智東西還與優(yōu)必選CTO熊友軍進行了一次深度對話，就Walker新一代背后研發(fā)的難點、優(yōu)必選的心路歷程以及雙足機器人商業(yè)化的進展問題進行了深入交流。
一、彈琴、抓取、“推不倒”——硬件性能全面提升
做人形機器人一直是優(yōu)必選的夢想，2015年優(yōu)必選正式立項開始嘗試研發(fā)大型人形機器人。
“Walker采用的是模塊化的設(shè)計，雙腿和雙臂的研發(fā)分屬兩個項目。在第一代上，我們先把機器人的雙腿做出來，解決行走問題”，熊友軍說到。
在CES 2018上，優(yōu)必選首次在全球亮相了雙足機器人Walker第一代。為了體現(xiàn)Walker雙足的移動能力，優(yōu)必選弱化了軀干部分的占比，當時也有人戲稱Walker“胸以下都是腿”。第一代Walker的成功不僅激勵了優(yōu)必選的信心，也讓優(yōu)必選向著研發(fā)出大型人形機器人邁出了非常重要的一步。
“做出雙腿之后，我們又開始做雙臂的研發(fā)，然后將兩個部分組合在一起，繼續(xù)做算法調(diào)試”，熊友軍介紹說。
僅僅一年之后，優(yōu)必選將Walker進行了全面的升級。僅從外形上，Walker新一代的改變就已顛覆了第一代產(chǎn)品。它不僅擁有了雙臂和靈巧的雙手，整個軀體的比例也更加協(xié)調(diào)，身高達145cm，與10歲左右的兒童身高相當。
由于加入了雙臂，優(yōu)必選將Walker的各硬件進行全新的設(shè)計，尤其是優(yōu)必選自研的大扭矩新舵機的加入，讓Walker具有了靈活運動的可能。
除現(xiàn)場演示的幾項功能外，Walker還具有更多的技能，詳情請下戳視頻（Walker全功能介紹）：
1、靈巧雙手——彈琴、作畫不在話下
今年，Walker新一代外觀上最突出的亮點是增加了一對7自由度的雙臂。據(jù)熊友軍介紹，Walker新一代的單臂伸展時可承受1.5kg的重物（相當于3瓶500ml的礦泉水的重量），雙臂合作下最大可以舉重10kg（相當于20瓶500ml礦泉水的重量）。
除了承重外，Walker新一代的手指也非常靈活，除了現(xiàn)場演示的抓取物品外，智東西還了解到Walker新一代還可以彈琴、作畫。
也許你曾聽說過全球知名的彈鋼琴的機器人TEO，它彈奏鋼琴的能力甚至讓郎朗都深感佩服。不過，TEO實際上擁有53根手指，這些手指分別搭載在琴鍵上才能快速演奏出美妙的旋律。而據(jù)熊友軍介紹說，Walker新一代可以像人類一樣，用雙手的10根手指在琴鍵間切換。
2、手眼協(xié)調(diào)——“力+位置”雙重反饋定位
在CES 2019現(xiàn)場，Walker新一代還演示了打開冰箱門，從中取出飲品，并將水拿給“主人”的技能。
機器人雙手的設(shè)計此前在業(yè)內(nèi)也曾出現(xiàn)過，在優(yōu)必選的商用服務(wù)機器人Cruzr（克魯澤）上，就有手臂和雙手的設(shè)計。那么為什么Walker新一代可以實現(xiàn)對不同物體的準確定位和抓取呢？
熊友軍告訴智東西，Walker新一代具有手眼協(xié)調(diào)功能。在物體定位方面，業(yè)內(nèi)常見的是通過攝像頭等視覺傳感系統(tǒng)獲得物體的位置和姿態(tài)信息。Walker新一代在位置反饋的基礎(chǔ)上，又加入了力反饋信息。
力反饋的基礎(chǔ)則是基于Walker新一代靈巧手關(guān)節(jié)內(nèi)的力傳感器，再配合上力控算法，這才讓Walker有了“力”的感覺，不至于捏破或者捏碎物品。而這一反饋系統(tǒng)的研發(fā)涉及到了硬件和算法兩個層面。
智東西從這位CTO口中了解到，靈巧手對關(guān)節(jié)的靈活度要求極高，因此也對舵機的精度提出了調(diào)整。想要讓機器人知道以多大的力如何握著物體，則需要識別出物體的狀態(tài)、朝向、形狀等信息。
在算法層面上將涉及運動、視覺領(lǐng)域的多種算法。為此，優(yōu)必選的研發(fā)團隊構(gòu)建了非常多的動力學和運動學模型，建模后又持續(xù)對算法不斷進行優(yōu)化，這才讓機器人不至于抓偏或者碰撞到物體。
3、新研伺服舵機——一體化驅(qū)動單元
伺服舵機是機器人核心零部件之一，同時也是機器人靈活運動的硬件基礎(chǔ)。
優(yōu)必選在舵機領(lǐng)域有著十多年的技術(shù)積淀。早在2008年，優(yōu)必選就開始鉆研伺服舵機，最終在2012年取得了突破，成功自研出了伺服舵機，使其成為優(yōu)必選技術(shù)護城河中的關(guān)鍵一環(huán)。周劍及團隊“死磕”伺服舵機的故事，也一直被業(yè)內(nèi)津津樂道。
在Walker新一代上，優(yōu)必選自研了全新的高性能伺服舵機。據(jù)熊友軍介紹，由于Walker新一代相比于第一代產(chǎn)品重量變大了，對動作的爆發(fā)力和精確性要求也更高了，需要輸出力矩更大、控制精度更高的伺服舵機。因此，優(yōu)必選針對其特性，專門研發(fā)了新的伺服舵機。
新的伺服舵機采用一體化的驅(qū)動單元設(shè)計，擁有從2.5Nm到160Nm的系列伺服舵機作為驅(qū)動單元，速度可以達60轉(zhuǎn)/分鐘，支持位置模式、速度模式和力矩模式三種控制方式。智東西了解到，新的伺服舵機對傳動和結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化配置，相應(yīng)的電機驅(qū)動與控制算法也進行了針對性的優(yōu)化。
4、柔性設(shè)計——與人安全交互的基礎(chǔ)
除了基于應(yīng)用性能上的硬件提升外，優(yōu)必選在Walker新一代上已經(jīng)開始實實在在地考慮到大型仿人機器人進入人類生活中的要求了，其中最關(guān)鍵的問題就是人機交互的安全性。
熊友軍告訴智東西，Walker新一代全身都采用了柔性控制設(shè)計，增加了非常多的柔性算法，可以保證人類在與Walker進行交互中的安全。比如，當Walker想要關(guān)上一扇門時，剛好有人類進行阻擋，Walker會停止繼續(xù)運動讓，以免讓人類和自己受到傷害。
當Walker碰到桌子、凳子時，由于柔性控制的存在，Walker不會“硬碰硬”而是會進行避讓，以免其他物品受到損害。
對于Walker自身的安全，優(yōu)必選也做了非常多的思考。比如，當人類用手推Walker時，并不會輕易將它推倒，Walker會自動進行平衡調(diào)節(jié)。
熊友軍介紹說，Walker新一代在站立或行走過程中，受到外部沖擊擾動或慣性擾動時，可以通過腿部的柔順控制可以調(diào)整自己本身的位置和姿態(tài)，從而可以保持自身的平衡。當外界擾動過大，它可以調(diào)整落足點來獲得平衡，“即便是在家中地板上踩到鼠標，Walker也不會失去平衡”。
柔性的設(shè)計也使得Walker新一代擁有一個特殊的模式狀態(tài)——零力模式。在零力模式下，人手可以安全地拖動機器人進行動作演示，Walker新一代則可以隨后復(fù)現(xiàn)這些動作。在熊友軍看來，這個模式可以讓Walker新一代更快更簡單地學習并執(zhí)行很多任務(wù)。
二、識人、開燈、“滿地跑”——Walker的六大AI能力
今年的Walker新一代可以說是驚艷了CES 2019，除了看得見的硬件創(chuàng)新之外，其背后有一套軟件系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用。與此同時，優(yōu)必選的AI技術(shù)在Walker新一代上也得到了充分和全面的展示。
1、ROSA操作系統(tǒng)——Walker的智慧大腦
ROSA操作系統(tǒng)是優(yōu)必選在2018年9月發(fā)布的智能機器人操作系統(tǒng)，集成了優(yōu)必選多年研究的技術(shù)，包括語音操控、視覺識別、定位導(dǎo)航、運動控制、表現(xiàn)力等。ROSA系統(tǒng)還擁有模塊化、可擴展、松耦合、全集成四大特點，讓開放者不需要再去做底層研究，可以直接調(diào)用上述這些技術(shù)。
熊友軍告訴智東西，自ROSA操作系統(tǒng)發(fā)布后，優(yōu)必選的全系列產(chǎn)品都開始使用這一系統(tǒng)，Walker也不例外?！坝捎谙到y(tǒng)非常穩(wěn)定，Walker新一代的調(diào)試過程也非常順利，ROSA操作系統(tǒng)打了一個很好的基礎(chǔ)?！?/p>
由于ROSA操作系統(tǒng)此用了模塊化設(shè)計的優(yōu)勢，大大提升了Walker新一代的推出速度。因此雖然Walker新一代相比于第一代產(chǎn)品，無論從硬件還是軟件層面都做了大幅度的優(yōu)化，但整個周期僅為一年。
2、多模態(tài)的人機交互——充分模擬人類間交互方式
多模態(tài)交互是近年來人機交互領(lǐng)域研究的重點方向，其意指將多種感官進行了融合，通過文字、語音、視覺、動作、環(huán)境等多種方式進行人機交互，充分模擬人與人之間的交互方式，讓機器人的智能交互更豐富、更類人、更生動。
今年9月，優(yōu)必選發(fā)布小型智能機器人悟空，其中增加了許多的擬人化的設(shè)計，打哈欠、轉(zhuǎn)眼珠都讓悟空顯得俏皮又可愛。在Walker新一代上，優(yōu)必選也采用了多模態(tài)的人機交互方式，除了基本的語音交互外，還會給交流者反饋表情和動作，像悟空一樣會不時地眨眨眼、扭扭頭。
熊友軍還表示，Walker新一代還會利用大數(shù)據(jù)不斷地進行學習，“它會變得更聰明和更懂你”。“物理交互是一個非常好的切入點，優(yōu)必選會持續(xù)在這個方向上跟進。”
3、控制智能家居——“語音+自動化”的雙路控制
讓人形機器人走入家庭，是優(yōu)必選和創(chuàng)始人周劍夢想。在Walker新一代上，我們已經(jīng)能看到優(yōu)必選對于家庭場景進行的考慮。
目前，控制智能家居設(shè)備是智能家居中控設(shè)備的核心能力，手機、智能音箱、智能電視廠商都在努力想成為智能家居場景的中控中心。在優(yōu)必選看來，智能機器人才是最合適的智能中控選擇。
在CES 2019展上，Walker新一代就秀出了作為智能家居中控系統(tǒng)的實力。智東西了解到，通過用戶的語音控制，Walker新一代可以實現(xiàn)控制廚房燈的開關(guān)以及切換燈的顏色，以及控制智能窗簾、臺燈、智能插座的開關(guān)，并能讓智能插座接入智能家電。
相比于智能音箱，Walker新一代還有一項重要優(yōu)勢，“除了通過聯(lián)網(wǎng)協(xié)議控制智能家居外，Walker新一代還可以進行自動化的控制智能家居。”簡單來說就是，Walker可以像人一樣，直接走過去開關(guān)燈。
4、機器視覺——人、物、場景三大識別能力
在機器視覺領(lǐng)域，Walker新一代具有人臉識別、物體識別和場景識別功能。
在人臉識別方面，Walker新一代可以識別并分析豐富的人體數(shù)據(jù)，包括性別、年齡、身份、情緒、姿態(tài)等多種信息。
在物體識別方面，Walker新一代則可以識別并分析物體數(shù)據(jù)，包括位姿、類別、操作點等信息，為Walker新一代進行交互和操作提供穩(wěn)定的外部信息。
在場景識別方面，Walker新一代可以根據(jù)空間特征識別出其所處場景，比如家居場景下的客廳、廚房、臥室等。
5、U-SLAM——無標記物自主導(dǎo)航定位
機器人的導(dǎo)航定位一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點，也稱為了判斷一家機器人企業(yè)是否具有核心技術(shù)的因素之一。在導(dǎo)航定位方面，優(yōu)必選擁有自研的基于三維視覺的定位導(dǎo)航系統(tǒng)U-SLAM。在U-SLAM技術(shù)的加持下，Walker不僅可以實現(xiàn)實時定位、路徑規(guī)劃與主動避障的等功能，優(yōu)必選自研的防抖算法還能有效解決由本體運動引起的視覺抖動問題。
在導(dǎo)航避障方面，此外業(yè)內(nèi)常用的是激光雷達或是視覺和雷達結(jié)合的復(fù)合型導(dǎo)航方式。在Walker新一代上優(yōu)必選實現(xiàn)了三維的視覺導(dǎo)航，可以獲得外部環(huán)境中更加豐富的諸如輪廓、顏色、深度等信息，無需在環(huán)境中使用標記物等幫助Walker新一代進行定位。
據(jù)熊友軍介紹，基于是視覺的主動避障技術(shù)會讓Walker新一代在避障時考慮障礙物的運動狀態(tài)，對物體進行姿態(tài)識別，同時自身的路徑規(guī)劃器也會根據(jù)預(yù)測的障礙物運動軌跡以及地圖信息，在時間和空間兩個緯度上規(guī)劃處避障導(dǎo)航的最優(yōu)路徑。
此外，為了讓Walker新一代更好地適應(yīng)家庭環(huán)境下中的地毯、地板、大理石等不同材質(zhì)的地面，優(yōu)必選對Walker新一代的腳踝和膝關(guān)節(jié)都進行了重新的設(shè)計。配合著優(yōu)必選的運動控制算法，Walker新一代得以實現(xiàn)在不同材質(zhì)的地面進行穩(wěn)定行走，同時能夠適應(yīng)障礙物、斜坡、臺階、不平整地面等復(fù)雜環(huán)境。
熊友軍告訴智東西，Walker新一代目前可以達到每小時1.5公里的行走速度，相當于一般人正常狀態(tài)下的步速，能夠滿足家庭日常場景的使用需求。
6、通訊領(lǐng)域——為5G網(wǎng)絡(luò)做好準備
目前，全球的5G網(wǎng)絡(luò)尚處在建設(shè)中，由于其高帶寬、低時延的特性，諸多行業(yè)期待著它的到來。智東西了解到，Walker新一代也為5G網(wǎng)絡(luò)做好了準備，在云計算、IoT、NLP等領(lǐng)域，Walker新一代可以切換至最新的通訊技術(shù)。
當智東西問到，5G網(wǎng)絡(luò)對智能機器人研發(fā)有哪些推動作用時，熊友軍表示，5G將會在三個方面給智能機器人帶來影響：
第一、機器人的應(yīng)用范圍將會得到拓展。目前機器人的語音合成、自然語言處理、內(nèi)容資源、智能視覺等都基于云端，當5G時代到來后，機器人云端處理的時延將會大幅度縮短，人類可能都無法感知到這個時延。人類直觀的感覺是機器人的反應(yīng)變得十分快速，這將使機器人應(yīng)用邊界進一步延展。
第二、5G時代到來后，智能機器人更多的功能可以放在云端，將會大幅度降低機器人本地處理器的負擔，也會讓機器人的成本降低。
第三、5G到來后物聯(lián)網(wǎng)將會進一步普及，機器人與其他智能設(shè)備之間可以進行更好的交互，更有利于刻畫用戶畫像，提升用戶的體驗。
三、Walker的一條腿已邁入你家大門
在類人機器人領(lǐng)域，本田的ASIMO是一款經(jīng)典產(chǎn)品。從1986年開始，本田經(jīng)歷了多代產(chǎn)品研發(fā)才最終于2000年定型了ASIMO的形態(tài)。不過，本田一直沒有將ASIMO對外銷售，也許是由于高昂的研發(fā)費用讓本田不得不在2018年宣布終結(jié)了ASIMO項目的研究，給整個行業(yè)都留下了深深的遺憾。
今天，優(yōu)必選Walker新一代重現(xiàn)點燃了人們對大型人形機器人的熱情與期待。
從今天的展示來看，Walker新一代已經(jīng)集成了當下產(chǎn)業(yè)內(nèi)最前沿的機器人和人工智能技術(shù)，已經(jīng)基本定義了大型智能機器人在家庭場景工作的基本能力。無論是端茶送水、彈琴作畫，還是控制智能家居設(shè)備、與人“談笑風生”，Walker新一代已經(jīng)初步滿足了人們對智能機器人的需求。
從2015年立項做雙足機器人Walker開始，優(yōu)必選就為Walker規(guī)劃出了一條十分清晰的研發(fā)路徑，并為Walker定義了家庭服務(wù)、智能康養(yǎng)、商業(yè)服務(wù)和科研開發(fā)四大場景。在研發(fā)方面，優(yōu)必選逐漸攻城掠地，先從雙足研究開始解決機器人的行走問題，然后再將雙臂和雙手引入，并將時下最前沿的AI技術(shù)加入到智能機器人中。
不過，在優(yōu)必選看來大型類人機器人真正落地到家庭中，還有一段的路要走。在2018年世界機器人大會上優(yōu)必選創(chuàng)始人兼CEO周劍說過，真正的真人形的機器人要三十年甚至五十年才能實現(xiàn)商業(yè)化，但五到十年里，一些仿人形的機器人有可能進入家庭。
那么，Walker落地到底還缺少什么？優(yōu)必選對Walker下一代產(chǎn)品的計劃又是什么呢？
熊友軍這位優(yōu)必選技術(shù)的操盤者告訴智東西，智能機器人在人工智能技術(shù)、舵機、電池等上下游產(chǎn)業(yè)鏈成熟度還需要提升。優(yōu)必選對Walker下一代產(chǎn)品的計劃將圍繞“降低成本和提高可靠性”進行。
熊友軍還告訴智東西，“智能機器人會是第三代人機交互中心，優(yōu)必選在人工智能領(lǐng)域也進行了深度的布局?！比斯ぶ悄芎蜋C器人的先進技術(shù)、核心技術(shù)是買不到的，要靠企業(yè)持續(xù)投入大量人才、資金并進行長期持久的研發(fā)。在優(yōu)必選看來，“對于核心技術(shù)，不只要布局未來5-10年，更要布局未來50年的前沿技術(shù)?！?/p>
目前，優(yōu)必選除了各產(chǎn)品線的研發(fā)部門外，還成立了自己的研究院，吸引了一大批優(yōu)秀的專家學者。其在伺服舵機、步態(tài)運動控制算法、機器視覺、語音/語義理解、情感識別、U-SLAM等智能機器人核心技術(shù)領(lǐng)域都進行了深度布局。
此外，優(yōu)必選不僅與清華大學、華中科技大學分別成立智能服務(wù)機器人聯(lián)合實驗室，還與悉尼大學成立了人工智能研究院。研究方向涉及：人形機器人驅(qū)動伺服、步態(tài)運動控制算法、機器視覺、語音/語義理解、情感識別、U-SLAM等多領(lǐng)域。
優(yōu)必選對于核心技術(shù)的深沉的執(zhí)念，從創(chuàng)始人周劍從2008年開始賣車賣房“死磕”伺服舵機之時就早已種下。
結(jié)語：我們離“機器人管家”還有多遠？
人們對于智能機器人的幻想已經(jīng)存在了近一個世紀了。盡管今天各種類型的機器人層出不窮，但在大部分人的想象和期待中機器人的形象仍是類人形態(tài)的機器人。1999年的一部美國影片《機器管家》被奉為經(jīng)典，其中的機器人管家安德魯成為了人們對機器人形態(tài)的普遍幻想。
近兩年來，隨著人工智能時代的到來，給機器人研發(fā)帶來了巨大推動力。在2018年，我們看到了機器人索菲亞、數(shù)字虛擬人Siren爆紅，波士頓動力的兩大網(wǎng)紅機器人Atlas和Spotmini也頻頻亮出新的技能。這一切始終給人們帶來一種智能機器人時代即將到來，而又若即若離的錯覺。
如今一些小型的消費級機器人產(chǎn)品、智能音箱等也開始走入到人們的生活中，雖然這些產(chǎn)品以語音技術(shù)為核心驅(qū)動點的，但也在進一步推進機器人大腦的成熟。而在硬件層面，雙足的移動能力、雙手的抓取能力雖有突破，但如何穩(wěn)定運行、如何百試不爽始終是研發(fā)中的重難點。
此次，優(yōu)必選Walker新一代的正式亮相，不僅集成了時下機器人和人工智能研究領(lǐng)域的最新前沿技術(shù)，并且以落地應(yīng)用為前提已基本定義了智能機器人在家庭場景場景中的基本能力。同時Walker也代表了中國機器人公司在大型仿人服務(wù)機器人方面取得的突破。而僅用兩年解決雙腿移動能力，僅用1年時間解決手臂和整個肢體配合問題的驚人速度，也讓智能機器人的研發(fā)真正進入到了快速開發(fā)、快速調(diào)試的道路上來。
Walker新一代讓我們相信，“機器人管家”正在成為現(xiàn)實。
