这台通体呈现惨白色调的机器人,被绳索束缚住颈部,悬挂于天花板之上,它以怪异的方式转动头部和挥动双臂,在其未来式的造型中,不禁让人感到一丝寒意。
该机器人的制造商表示,这款机器人即将走进家庭生活,能够帮助清洁家居、洗涤衣物、烹饪美食,并迎接前来做客的亲朋好友。
机器人Protoclone| Clone Robotics
这款机器人是解剖学领域中最贴近人类的存在,它配备了栩栩如生的人造骨骼和肌肉结构,并且具备“排汗”的功能以实现降温。
然而,仅仅是为了协助完成家务,真的需要将机器人设计得如此逼真吗?
从最像人的一只手,到会做所有家务的机器人
这幅图中的机器人名为Protoclone,出自波兰一家名为Clone Robotics的初创企业之手。该公司成立于2021年,专注于研发解剖结构与人身极为相似、动作表现力极强的家用型人形机器人。
在成立的第一年,该公司成功研发了应用于人形机器人的人造肌肉技术,名为Myofiber。
2022年,该公司率先亮相了一款名为Clone Hand的机械臂。这款机械臂在解剖学上与人类手掌极为相似,公司寄望它能执行人类手掌所能完成的各项任务。在展示视频中,Clone Hand机械臂成功举起哑铃、接住飞球,并按下了电钻的开关。
Clone Hand的手部和前臂构造与人类相似,其关节能够灵活地朝27个不同方向运动,其数量与人类相匹配。此外,该机器手还具备了一定的力量和操作灵活性——由Clone Robotics研发。
在2024年,该企业将展示范围从单手操作扩展至全身,推出了机器人躯干Clone Torso的演示视频。视频中,机器人不仅能够灵活地活动双手,还能进行点头、转动头部、耸动肩膀以及抬起双臂等动作。
Clone Torso配备了可自由活动的肘部、颈椎以及肩部关节,其肩部结构与人相似,包括胸锁关节、肩锁关节、肩胛胸关节以及盂肱关节。 —— Clone Robotics
今年二月,机器人Protoclone成功拥有了完整的人形构造。在一段视频中,它被吊挂在空中,双腿不断踢动,那略显诡异且滑稽的动作使得Protoclone迅速在网络上走红。
Protoclone具备髋、膝、踝关节的活动能力,这得益于其能够执行诸如“上吊”、人形姿态、苍白表情以及类似抽筋等超出常规的动作,—— Clone Robotics
今年4月9日,公司公布了一段位于文章开头的视频内容。在这段视频中,Protoclone呈现了上半身的动态,涵盖了头部、肩膀、手臂以及手部的动作,但这些动作依旧显得十分生硬。
这款尚不能独立行走的“吊死鬼”原型机,将被用于生产Clone Alpha人形机器人。公司计划在年内启动Alpha的预订工作,但具体价格尚未公布,且数量限定为279台。公司期望未来某日,Alpha能够走进全球千家万户,为大众提供便利。出厂时,Alpha将具备一系列技能,并能够不断学习新的本领。
出厂预装技能
在Clone Robotics所构想的未来图景中,| Clone Robotics
人形的机器人有很多,Protoclone的不同在于有骨有肉
Clone Robotics之外,从事人形机器人制造的厂商数量亦颇为可观,多达数十家;而且,仅在2024年这一年内,投入该领域的研究与开发资金便已突破百亿大关。
众多人形机器人或许您已有所耳闻,诸如北京人形机器人创新中心研发的“天工”(亦庄人形机器人半马冠军)、宇树科技的H1(春晚上的舞蹈《秧Bot》表演者)、智元机器人的“灵犀”、波士顿动力公司的Atlas、亚马逊的Digit以及特斯拉的Optimus等。
宇树科技的H1 | 2025年春节联欢晚会
波士顿动力公司的Atlas机器人,亦即Boston Dynamics。
该公司研发人形机器人,坚信未来众多体力劳动将交由人形机器人来完成,这涵盖了诸如洗衣、烹饪等家庭事务,以及分拣包裹等仓储作业,乃至制造汽车等工厂生产任务。
如此一来,体力劳动无需人类亲自参与,亦无需将任务分散至多种专用机器人,诸如扫地机器人、拖地机器人以及烹饪机器人等,只需一个具备人形的人机即可承担所有工作。此外,具备手脚的人形机器人还能攀登专为人类设计的楼梯,打开冰箱,取出并端上一盘美食。
目前,市面上已有若干款人形机器人能够稳定地完成行走动作,并且能够执行诸如取物、倒水等基本的家务任务。
初创企业1X研发的人形机器人Neo能够将杯子放入洗碗机,不过目前这一操作仍需技术人员进行实时远程操控——摄影:洛伦·埃利奥特,《纽约时报》。
Protoclone机器人与其它同类产品相比,其显著特点在于其构造和运动模式与人类高度相似,这一特性既是其优势,亦是其劣势。据Clone Robotics公司所述,该机器人拥有206块仿生骨骼,数量与人类骨骼相同,且形状亦相仿,这些骨骼是通过3D打印技术由聚合物材料制成。这一设计使得Protoclone机器人拥有了与真实人类相仿的身体比例。
人造骨骼系统 |Clone Robotics
人工韧带与结缔组织将人造骨骼连接起来,构成了关节。这些关节的运动轨迹与人体相似,例如,膝关节仅能实现弯曲和伸展,而肩关节则拥有多达20个独立的运动方向。正因如此,Protoclone能够模拟出与人类几乎相同的动作。
Protoclone不仅在形态上与人类相似,其运动模式亦然。该机器人拥有超过一千根仿生肌肉,这些肌肉的一端连接于骨骼。当电力液压系统驱动肌肉收缩,肌肉便牵引骨骼,骨骼随之在关节处转动,从而使机器人能够模拟出与人类相近的运动轨迹。从理论上讲,只要掌握了人类进行特定动作时所需的肌肉群,便能使Protoclone学会相应的动作。
人造肌肉系统 |Clone Robotics
多数机器人的动作是通过电机直接作用于关节来实现的,这一特点与人类动作存在差异。此外,由于结构上的差异,目前Protoclone所能完成的接球动作,其他机器人可能无法模仿。而当Protoclone未来学会按摩技能时,其他机器人复制其动作的难度将更大。
人体肱二头肌紧绷,带动肩胛骨与前臂桡骨运动,致使肘部关节弯曲,进而举起哑铃;而驱动Protoclone的人工肱二头肌在缩短时,亦能产生相仿的作用。
Protoclone装置内置了众多传感器,头部配备了4个,它们负责提供视觉数据,这相当于人类的双眼。此外,还有70个传感器负责收集关节的角度和速度信息,而320个压力传感器则负责在肌肉层面提供力量反馈,让人即便闭眼也能感知到自己的胳膊和腿部的角度,就如同人体内置的感受器一般。
即便如此,Protoclone还具备一种独特的降温机制,即通过模拟人体出汗的方式来冷却自身。在剧烈运动期间,机器人会借助微小的孔洞排出冷却剂,该冷却剂在蒸发过程中带走热量,以此达到为机器人内部系统降温的效果,其原理与人类出汗降温相仿。
传感器系统及液压系统 | Clone Robotics
把机器人造得这么像真人,有必要吗?
观摩了这款解剖结构最为精确的机器人后,你或许会产生这样的感慨:它的外形与真人颇为相似,然而,真正让人期待的是它何时能够实现独立洗衣和烹饪的功能,同时价格也能够变得更加亲民。
目前Protoclone在完成家务方面尚有较大差距,其功能甚至不如一些基础型专用机器人,而且其成本也相对较高。然而,为何公司会不惜投入大量资源,对追求“真人化”这一目标如此执着?
正如之前所述,这些机器人初步具备了人类的形态,这使得它们能够便利地使用人类社会的设施与工具。此外,若它们的结构和功能进一步模仿人类,将有望提升机器人的实用性、轻盈度、节能性、柔韧性和人类对其的接受度。
功能出色,意味着那些类似人类的机器人或许能更快地掌握家务技能。这主要是因为它们的构造与人类相似,因此机器人可以直接运用人类运动的相关数据库和视频资料来学习动作。或许,它们最终能够达到仅通过观察人类一次演示,便能够精确复制出相应动作的水平。
轻盈,得益于人工骨骼与肌肉,其重量或许较众多电机与金属更轻。这样的轻盈不仅能保护家具,还能在机器人跌倒时减少对人、宠物或地面的伤害。
节能的原因在于,肌肉在拉动骨骼进行运动时,其产生的力臂长度超过了电机驱动关节的力臂长度,这可能导致能量的消耗相对较少。
人造肌肉质地柔韧,当人们不慎碰撞到机器人或被其扶持时,感受不会过于痛苦。同时,机器人抓取鸡蛋、握持玻璃杯时,也较少发生破碎的情况。
易于人类理解和交流,其外观与真人相似度较高(但若过于逼真,可能会引起不适)。尤其是对于儿童和老年人来说,辨识出人形特征,使得操控机器人变得更加简便。
当然,成为“最像人”的机器人,也是让大家知道它的一种途径。
理想的未来景象——只需演示一次,便能将任务永久性地委托给机器人执行|克隆机器人技术
不过,目前想要发挥出这些优势,需要付出一定代价。
人形机器人与简单的专用机器人不同,其研发和生产需要复杂电机、精密传感器、强大的计算资源以及人工智能技术,因此,其研发、生产和维护的难度及成本也相对较高。以下肢设计为例,采用两条腿进行行走,相较于更多腿数或轮子,更难以维持平衡,这无疑会显著提升机械的复杂性、控制系统的计算需求、所需功率以及整体重量。
与其他人形机器人相比,Protoclone在结构上更为复杂,稳定性相对较差。若要达到类似图中Neo那般能够稳立并拿起杯子的水平,其研发周期将显著延长,且在短期内所需的成本也会相应增加。
其结构与人类相似,这一特点既是其优势,亦是劣势,在Clone Robotics领域尤为显著。
这么说来,用来做家务的机器人,一定是越像真人越好吗?
目前尚非如此,部分专为特定任务而打造的专用机器人成本较低,且某些功能更为卓越,以拖地机为例,其清理地面的效率远超人形机器人。
然而,若人形机器人如同智能手机般广泛流传于世,或许你便期望它能迅速完成所有家务,以适宜的力量为你舒缓肩颈的疲劳,亦或与你面对面共舞一曲。
参考文献
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