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震撼!機器人春晚上踏歌起舞,揭秘優必選三登春晚的秘密

智東西(公眾號:zhidxcom)

文 | 軒窗

4K、5G、VR、AR、AI、機器人,今年的春晚匯聚了當前科技界最前沿、最火、最熱的技術。剛剛,我們就在2019年春晚直播中活捉了一支機器人天團!

智東西發現,這支機器人天團正是來自深圳的人工智能和服務機器人領域的獨角獸企業優必選。而此次登上春晚舞台的並不是普通的機器人,而是上個月剛剛在CES 2019上讓全球科技界震驚的大型仿人服務機器人Walker新一代。要知道大型仿人機器人是目前世界範圍內最前沿的技術之一,在世界範圍內能做出大型仿人機器人的企業並不多,美國和日本在此領域一直遙遙領先,知名的大型仿人機器人有本田的ASIMO和波士頓動力的Atlas。

此次已是優必選第三次登上春晚的舞台了。早在2016年,優必選的540台Alpha機器人就曾為歌手孫楠伴舞。當時這些跳舞的Alpha機器人不僅成為當年最火的“網紅”,還在當時創下了吉尼斯世界紀錄。2018年春晚,優必選再度牽手春晚,為春晚定製了24台機器狗Jimu汪汪,在開場舞中“賣萌耍寶”,拉開2018年春晚喜氣祥和的帷幕。

如果說優必選前兩次登上春晚是向全國人民普及了消費級機器人的概念,那麽這一次優必選大型仿人服務機器人Walker新一代在春晚上亮相,則不僅是讓全國人民,更是讓全世界知道了中國企業在人工智能和機器人等高新技術領域的飛速發展和強悍實力。

在登上春晚舞台前,智東西與優必選春晚項目相關負責人進行深入交流,了解到了Walker新一代在登上春晚舞台背後,既艱辛又頗有趣味的故事。

一、優必選三登春晚,仿人機器人驚豔豬年春晚

今年的春晚分別在江西井岡山、吉林長春一汽和廣東深圳設立了三個分會場,分別表現站起來、富起來和強起來三大主題。其中,深圳素來被譽為中國的科技之都、創新之城,當之無愧是科技強國主題最佳的表現者。

在深圳分會場的第一個節目《青春暢想》中,6台人形機器人踏著韓雪、關曉彤等演唱者的歌聲,動感十足地跳起了集體舞。有趣的是,它們的表情還會跟隨歌曲的節奏進行變化,在跳舞的過程中還玩起了舞台走位,從兩排變換成了三角陣型。

Walker新一代在CES 2019上首次亮相時就收獲了全球目光,更是憑借卓越的性能表現、互動方式和創新形式入圍了CES 2019展會官方大獎the Best of CES 2019(2019年國際消費類電子產品展覽會最佳產品獎)名單。此外,Walker新一代被tom’s HARDWARD 評選為“CES 2019 Best Robot(CES 2019最佳機器人)”。

這6台機器人正是深圳本土企業,國內人工智能和服務機器人領域的頭部創業公司優必選,潛心三年研究,剛剛在CES 2019上展示的大型仿人服務機器人Walker新一代。在CES 2019的現場,智東西還曾深度對話優必選CTO熊友軍,揭秘Walker研發背後的故事(

中國仿人機器人驚豔CES!解秘優必選新Walker,獨家對話CTO熊友軍

)。

優必選Walker進化史

優必選將Walker系列定位為大型仿人服務機器人,2015年經歷了深入的思考,在優必選內部正式立項。隨後優必選以機器人的雙足為突破口,率先攻克仿人機器人行走問題。在CES 2018上,優必選展示了第一代Walker,那時的Walker還沒有增加雙臂,被稱為雙足機器人,但已經可以進行走路、踢球、下樓梯等活動。

整個2018年,優必選的研究人員們潛心鑽研,不僅給Walker增加雙臂和靈巧手的設計,還增加了柔性互動、人物場識別、語音互動等更多的AI能力,使Walker新一代具備了大型仿人機器人的基本形態以及進駐家庭場景的基本的實用功能。

Walker新一代在CES 2019上演示家庭服務

在CES 2019上,優必選就在現場演示了Walker新一代基於“力+位置”雙重反饋的手眼協調抓取、柔性安全互動、多模態的人機互動、“語音+自動化”對智能家居的雙路控制、對人物場的視覺識別、無標記物自主導航定位等多種AI能力。當時的Walker新一代吸引了全球媒體和科技界的目光,成為CES 2019上最具國人自豪的一大亮點。

而這一次,在春晚的舞台上,Walker新一代則面臨了更加艱難的挑戰,它們不僅要根據歌曲的內容作出相應的肢體動作和表情,而且在春晚非常複雜的網絡環境下,多個機器人之間還要進行隊形變換,實現精準的互動配合。為了保障Walker在春晚舞台上“完美”的演出,優必選團隊集思廣益設計出了一套優秀的解決方案。

二、50余天打造出春晚第一機器人天團

作為13億中國人的年度視聽盛宴,每一屆的春晚都要準備半年的時間精心策劃和排練節目,對於選擇什麽來體現春晚的科技元素,導演組的選擇則更加慎重。

優必選團隊回憶道,2018年11月春晚導演組到優必選進行考察發現了Walker,而正式收到春晚的邀約已臨近12月,整個籌劃的時間非常緊張。即便是對於有著兩次登上春晚舞台,經驗豐富的優必選來說,同樣具有極大挑戰。一場硬仗才剛剛打響。

由於春晚對機器人的數量有要求,至少需要6台以上,而大型仿人機器人的生產裝配極其複雜,這成為了優必選團隊面臨的第一個問題。原本優必選目前隻計劃製作3台Walker,因此物料和生產線都臨危受命,協調、調度供應鏈各個環節,加班加點才趕製出了6台Walker。另外還生產了2台作為備用,共計8台Walker全力保障春晚順利進行。

春晚是全中國人民歲末年初的第一場盛宴,節目必須要精彩,即便是機器人Walker新一代也一定要融入到這緊張熱鬧的氛圍中去。在春晚上,Walker新一代表演的是一段融合了現代舞和popping流行舞元素的舞蹈。但優必選團隊告訴智東西,其實在節目敲定之前,優必選一直在不斷地為Walker新一代策劃各種表演形式,包括彈鋼琴、國標雙人舞等等。

除了物料準備和節目策劃,為了此次春晚的節目效果,在功能方面,優必選為Walker瘋狂地“趕了一波進度”。

Walker新一代的樣機在去年8月才剛剛出來,很多功能還亟待驗證和完善。優必選團隊告訴智東西,這一次春晚表演所需的部分功能,比如多台機器人之間的同步控制、機器人的手臂和腿部的協調控制等,原本是在優必選2019年的工作計劃中的,而為了今年的春晚表演,優必選加速了Walker的研發進程,把計劃半年後的工作提前壓縮在一兩個月的時間完成。

春晚直播現場環境複雜,信號、場地各種問題都有可能出現,優必選為了保障Walker新一代的精彩表演,特意組建了一支40多人的工作小組,在春晚彩排現場隨時待命。

Walker春晚彩排現場圖

臨近春晚直播,彩排日程也更加緊張,工作人員告訴智東西,每次彩排都要進行到凌晨一兩點。雖然整個籌備和彩排的過程十分辛苦,但工作人員在現場也有不少樂趣,一位參與現場彩排的工作人員和智東西分享道,“在Walker出現bug的時候,為了提高它的穩定性,還會‘懲罰’它把一些動作重複千百次,以確保它不會再失誤。”

由於Walker新一代此次要上演多台機器人跳集體舞,需要機器人之間保持一致的步調,這對機器人的通信功能要求極為嚴苛。優必選的工作人員告訴智東西,春晚現場人多各種設備也多,整個通訊環境複雜,所以為了保障Walker通訊順暢,優必選不僅採用了調頻方案,還在軟體上加上了更多的冗余和檢測,全力保證可以觸發機器人的通訊信號。

此次Walker新一代要和人類演員同台表演,因此人機互動的安全性尤為重要。原本Walker新一代就有雙臂零力控制、阻抗控制以及腿部柔順控制,在此基礎上,優必選對柔性控制做了進一步的優化,保證機器人在和人一起穩步跳舞的同時,胳膊可以保持與人柔性的互動,同時可以補償人對機器人的外部作用力,保證機器人步態的穩定。

在節目籌備的過程中,因現場效果與節目整體排播需要,切換過三次曲目,每一次曲目的更換都意味著需要重新編舞。這要求Walker可以針對音樂節奏踩點,配合舞蹈動作和匹配歌詞含義,這時候零力模式下的拖拽示教就顯得尤為重要,這個功能可以讓Walker的動作編程的過程更加高效。此外,Walker春晚表演的舞台場地也經歷了三次變更,從普通舞台地面到地毯,再到地屏,每一種地面的軟硬度都有所改變,特別是最終的地屏的方案,地面非常不平整,螢幕之間的交界也是此起彼伏,這也非常考驗新一代Walker對地面的的適應能力。

而在導航方面,由於春晚現場的舞台是考慮整個晚會的效果籌備的,更多需要機器人配合和融入。基於成本、外形和機械結構限制的考慮,研發人員特意為Walker加裝了基於多攝影頭協同的定位解決方案。再加上優必選自主研發的電腦視覺技術,讓Walker機器人可以在攝影頭受到噪聲、模糊、霧、低分辨率等極端因素影響下依然成功定位。而實現的基礎則是基於優必選的核心技術之一定位導航方案U-SLAM,該方案可以達到厘米級別的雙足位置鎮定精度。

三、“台上十分鐘,台下十年功”

俗話說,“台上十分鐘,台下十年功”。排練一個舞蹈,人類舞者尚需數十、數百次的訓練,而對於機器人來說,在節目現場表達出人類舞蹈的效果,則更具有挑戰。在短短的幾分鐘舞蹈的背後,作為支撐的是優必選在人工智能和機器人領域長達十年的不懈研究和技術積澱。

優必選創始人兼CEO周劍攜Walker拜年

在機器人硬體中,舵機被譽為機器人的關節,是機器人靈活運動的硬體基礎,也是實現機器人自主研發的一個首要難題。從2008年開始優必選創始人兼CEO周劍就開始潛心研發伺服舵機,最終在2012年取得突破並成立了深圳市優必選科技有限公司。

周劍曾在接受智東西採訪時表達了自己研發伺服舵機的原因,“我們也知道做舵機、做步態、做人形很複雜很費時間,但如果因為遇到技術門檻,就避開這些難題,就想到拿來主義,走同質化的捷徑,那還怎麽談創新?”從2008年算起,到現在優必選在伺服舵機領域已有近十年的技術積累,目前擁有從2Nm到160Nm的伺服舵機的知識產權。

運動控制和步態算法是機器人進行直立行走、跳舞以及做很多複雜動作的關鍵。在Walker春晚表演背後,更複雜的技術就是軟體的控制算法。由於Walker定位於家庭場景,針對家庭場景中的不同地面材質,優必選的步控算法也做了更多的設計和適配,可以讓Walker輕鬆地適應地面上的一些小凸起,在受到外力推動時,Walker的平衡控制還可以使其恢復原來狀態,保持自身的平衡。

Walker新一代增加了具有7自由度的雙臂設計以及靈巧手的設計,這讓Walker新一代不僅可以抓握物體、開門關門。靈巧的雙臂也讓Walker具有實現更多動作的可能。

最值得注意的是,優必選在解決了機器人關鍵零組件舵機之後,在人工智能和機器人技術領域,優必選定義並打造了一套基礎的智能機器人作業系統——ROSA。集成了優必選多年研究的技術,包括語音操控、視覺識別、定位導航、運動控制、表現力等。ROSA系統還擁有模塊化、可擴展、松耦合、全集成四大特點,讓開放者不需要再去打底層研究,可以直接調用上述這些技術。

由於ROSA作業系統此用了模塊化設計的優勢,大大提升了Walker新一代的推出速度。因此雖然Walker新一代相比於第一代產品,無論從硬體還是軟體層面都做了大幅度的優化,但整個周期僅為一年。

機器人的導航定位一直是業內關注的重點,也成為了判斷一家機器人企業是否具有核心技術的因素之一。在導航定位方面,優必選擁有自研的基於三維視覺的定位導航系統U-SLAM,可以實現實時定位、路徑規劃與主動避障的等功能,優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Walker新一代上優必選實現了三維的視覺導航,可以獲得外部環境中更加豐富的諸如輪廓、顏色、深度等資訊,無需在環境中使用標記物等幫助Walker新一代進行定位。基於視覺的主動避障技術會讓Walker新一代在避障時考慮障礙物的運動狀態,對物體進行姿態識別,同時自身的路徑規劃器也會根據預測的障礙物運動軌跡以及地圖資訊,在時間和空間兩個緯度上規劃處避障導航的最優路徑。

一面在加緊技術研發,另一面優必選也深諳人才是技術研發的核心推動力,因此一直在召集全球AI和機器人領域的知名學者加入到優必選的研發隊伍中。

伴隨Walker的每一次迭代,優必選除核心技術的一步步突破,還儲備了最優質的人才。據優必選工作人員介紹Walker新一代的研發團隊具有非常高的水準,從科研、算法、工程、應用四個層次建立和擴展了研發團隊,包括清華大學智能服務機器人聯合實驗室、華中科技大學智能服務機器人聯合實驗室,雪梨大學人工智能研究院,北美研發中心等團隊的參與。

目前,優必選在人形機器人及人工智能研究領域的院士和頂級博士多達幾十人,研發團隊規模達佔整個公司員工總數的40%以上,並已先後引入兩位首席科學家,包括雪梨大學教授陶大程擔任“人工智能首席科學家”,他還是IEEE Fellow、AAAS Fellow、OSA Fellow、IAPR Fellow、SPIE Fellow、歐洲科學院外籍院士、澳大利亞科學院院士。另一位則是清華大學趙明國教授,擔任 “人形機器人首席科學家”。

四、Walker讓機器人走進家庭不再是夢

在機器人研究方面,日本和美國起步較早一直走在前列,中國在人形機器人研究方面一直以來都在扮演追趕者的角色。Walker的出現,讓全世界看到了中國在仿人機器人研究領域的突破和進步。

日本本田公司的ASIMO和美國波士頓動力(已被軟銀收購)的Atlas,可以稱得上是大型仿人機器人領域的網紅機器人,同時它們也代表著目前全球大型仿人機器人領域最前沿的技術,每一次出場都讓全球的網友們的驚歎,激發人們對未來機器人融入未來人類生活中的幻想。

然而,從面世至今,ASIMO和Atlas僅僅存在於實驗室和官方公布的演示影片中,離邁入人類生活還非常遠。目前,本田的ASIMO項目已經在去年宣布終止,波士頓動力也從谷歌手裡幾經輾轉如今拜入軟銀門下。

在設計思路上,ASIMO、Atlas和Walker就有很大區別。

首先是在驅動方式上,Atlas採用液壓伺服驅動,這種方案的功率密度大、負載剛度大、抗衝擊強,但整個液壓系統非常複雜,泵、油路、伺服閥、異形缸等器件給系統可靠性帶來非常大的風險。而且高壓泵的噪音現在還無法優化到人們的預期。所以雖然目前Atlas在運動控制能力上做出了非常大的突破,但是成本高、系統可靠性低、噪音高,目前只在實驗室和軍用機器人市場出現。

ASIMO和Walker則都是以電動伺服驅動的,電機加減速器的組合非常容易實現伺服關節的模塊化,便於生產、測試和維護。同時電機系統具有控制精度高、噪音小、汙染小等優點,尤其適合消費類市場。ASIMO經過30多年的發展,行走、操作、互動幾經迭代已經可以較好的展示機器人在家庭服務場景的實現。但是ASIMO技術複雜(如ASIMO的雙手為了實現較高的自由度和較小的體積,採用液壓傳動的方式將驅動部分放入軀乾)、成本昂貴,始終未有任何量產、面向市場的計劃。

其次,在探索AI技術和新的互動技術領域,ASIMO進展緩慢,特別是2011年之後,AI等不少新技術湧現,但在ASIMO上鮮有看到這些技術應用並進行產品迭代。2011年福島核泄漏事故後,本田將ASIMO的相關技術轉向了更實用的救災機器人研發,在家用服務機器人領域,本田沒有持續深入地探索。

最後,在成本方面,ASIMO、Atlas高達幾百萬美元的成本成為了阻礙他們進入家庭場景的一個重要原因。而其出色的運動能力與目前技術階段與硬體成本能力等息息相關。

相比之下,優必選Walker的每一步則更向著走進家庭、進行商業化邁進。

從成立之初,優必選就將把仿人機器人帶入家庭作為自身使命和初心。優必選創始人兼CEO周劍認為,“優必選Walker最出彩的地方並不僅在於目前運動控制和手眼協調等創新技術,還在於目前部門成本可控,未來的零售價格潛力會在一台普通家用中型轎車小幾十萬人民幣價格區間。在成本可控的平台上完成機器人走進家庭服務的目標意義更大。優必選不是在做Demo也不是在實驗室實驗,我們目標是機器人真正的商業化。”

正是秉持著這一清晰的目標,優必選為Walker規劃的每一步都非常清晰。

從2015年立項至今的三年多的時間裡,優必選Walker系列依托於中國在智能製造領域的優勢如在供應鏈、勞動力和巨大市場等方面,實現了仿人機器人的飛速發展,僅僅兩年時間就解決了雙足行走問題,又僅用一年時間實現增加雙臂、靈巧手、手眼協調等多方面的突破。

優必選Walker新一代不僅集成了時下機器人和人工智能研究領域的最新前沿技術,並且以落地應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,讓大型仿人服務機器人向著進入家庭的目標邁出了一大步。

結語:中國服務機器人研發邁入世界第一梯隊

今天,優必選Walker在春晚的亮相,不僅讓全國人民看到了中國企業在機器人前沿技術研究上的突破,更是以春晚為平台,向全世界宣告中國的機器人創新研究已邁入世界機器人研發的第一梯隊。

作為國內頭部AI機器人創企,優必選還與亞馬遜、波士頓動力等被外媒The Robot Report 評選為2019年值得期待的10大機器人公司,而其最新一輪融資消息在春節過後也即將公布。

更值得驕傲的是,以優必選為代表的中國科技企業以驚人的研發速度,正在快速縮短和世界先進水準的差距。而在落地方面,中國的智能服務機器人研究目標則更為明確和清晰,離商業化目標更近一步,讓機器人走入家庭不再是遙不可及的夢。

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