近日，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心人形機(jī)器人創(chuàng)新研究院聯(lián)合鏡識科技有限公司、杭州凱達(dá)爾焊接機(jī)器人股份有限公司研發(fā)的四足機(jī)器人“黑豹2.0”正式發(fā)布———這只“機(jī)器猛獸”，整體重量為38kg、站立高度0.63m，速度可達(dá)到10米/秒，成為世界上跑得最快的“四足機(jī)器人”。

　　這只機(jī)器狗是如何誕生的？背后有哪些改變世界的“野心”？主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)在極限速度的背后又在追求什么？

　　見到這只機(jī)器狗幕后研發(fā)的主要負(fù)責(zé)人，科創(chuàng)中心人形機(jī)器人創(chuàng)新研究院金永斌研究員時(shí)，記者驚訝地發(fā)現(xiàn)，對方是一個(gè)和記者年齡相仿的年輕人。連帽衛(wèi)衣加上脖子上的一副頭戴式耳機(jī) ，活脫脫一個(gè)數(shù)碼少年。

　　這次“黑豹2.0”能夠速度突破，首先離不開那四只“仿跳鼠碳纖維小腿”，做到在重量僅提升16%的代價(jià)下剛度提升135%；還有仿照獵豹的利爪，為“黑豹2.0”定制的特殊“跑鞋”，使其抓地性能提升200%。

　　金永斌回憶，在兩個(gè)月的時(shí)間中，只要“黑豹”的速度超過6米/秒，它的腿部就會(huì)斷裂，可見高速運(yùn)動(dòng)對肢體強(qiáng)度的要求之高。

　　經(jīng)過分析，研發(fā)團(tuán)隊(duì)意識到原有設(shè)計(jì)存在不合理之處，需要優(yōu)化。一篇關(guān)于跳鼠的論文進(jìn)入他們的視野：小型跳鼠的掌骨是分開的，而大型跳鼠的掌骨則融合成一體，以應(yīng)對更大的沖擊載荷。

　　“于是，我們在構(gòu)成小腿的三根碳纖維管中間增加一根，讓它們緊密相連，從而更好地傳遞力，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度?！苯鹩辣笳f。通過材料力學(xué)知識可知，物體抗彎剛度與其直徑的四次方成正比，這一細(xì)小的改變讓機(jī)器狗小腿的剛度顯著提升，最終解決了機(jī)器人腿部強(qiáng)度不足的問題。

　　而“黑豹2.0”的“跑鞋”，靈感同樣是來自獵豹等動(dòng)物可自由伸縮的角質(zhì)化銳爪，以及人類跑步時(shí)使用的釘鞋，通過顯著增加摩擦力，提升奔跑速度和穩(wěn)定性。這也是四足機(jī)器人穿上的第一雙“釘鞋”。

　　金永斌形容他們正在做的事情是“道法自然”：“5000年前，馬的腳趾還是三個(gè)，經(jīng)過漫長的演變，漸漸形成了一體的馬蹄。自然界確實(shí)通過時(shí)間告訴我們存在最優(yōu)解，通過機(jī)器狗的高速奔跑項(xiàng)目，有的方案已經(jīng)被我們理解，有的還像一座寶礦等待探索。”

　　10米每秒，對于一只機(jī)器狗來說，聽起來已經(jīng)非?？炝?。金永斌卻說，他們追求的不只是速度，而是極限之下對機(jī)器人性能邊界的探索。

　　隨著以強(qiáng)化學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù)的興起，機(jī)器人的控制算法越來越接近其硬件本身的極限?？膳碌氖?，此前四足機(jī)器人只能達(dá)到同質(zhì)量生物的三分之一。這意味著，硬件目前仍然是機(jī)器人趕超生物性能的瓶頸所在。

　　“速度實(shí)際上是一種綜合性能的體現(xiàn)。數(shù)值是多少，本身并不重要，重要的是借助提升速度，去理解機(jī)器人在物理性能上為什么還無法做到跟真的生物一樣?！苯鹩辣笳f。比如汽車的百公里加速時(shí)間，反映了電機(jī)性能、系統(tǒng)延時(shí)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化設(shè)計(jì)等多方面因素。他們的研究對于機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，就如同賽車文化之于汽車工業(yè)的發(fā)展一樣，將新技術(shù)通過低成本模式向民用化轉(zhuǎn)移。

　　從本科開始，金永斌已經(jīng)從事機(jī)器人相關(guān)的課題研究。作為浙江大學(xué)2017級航空航天學(xué)院固體力學(xué)博士研究生，他的研究課題是高機(jī)動(dòng)性機(jī)器人的設(shè)計(jì)與控制?！昂诒睓C(jī)器人的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在他的博士論文中已經(jīng)完成——“黑豹”系列實(shí)現(xiàn)的兩大顛覆性突破之一，即形成了機(jī)器人正向設(shè)計(jì)的優(yōu)化軟件，可以服務(wù)于各類型的機(jī)器人設(shè)計(jì)工作，大規(guī)模節(jié)約機(jī)器人研發(fā)過程中的時(shí)間和成本。

　　博士期間，金永斌為來訪實(shí)驗(yàn)室的浙大幼兒園小朋友講解機(jī)器人知識。圖源浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心官網(wǎng)

　　借助這套軟件系統(tǒng)，“黑豹 2.0”研發(fā)團(tuán)隊(duì)從動(dòng)力學(xué)角度深入分析了現(xiàn)有機(jī)器人的低效能原因，甚至打破了多項(xiàng)傳統(tǒng)認(rèn)知。

　　金永斌向記者解釋，比如一個(gè)機(jī)器人站立時(shí)，一般會(huì)認(rèn)為它的膝關(guān)節(jié)受力最大。如果你半蹲著，也會(huì)覺得膝關(guān)節(jié)很累，髖關(guān)節(jié)倒還好。因此，通常會(huì)為機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)更大的減速比。但在奔跑速度超過5米/秒時(shí)，髖關(guān)節(jié)反而是受力最大的部分，需要設(shè)計(jì)更大的減速比；膝關(guān)節(jié)的受力更多來自電機(jī)自身的慣量，需要降低減速比來降低自身引起的額外載荷。

　　近期，宇樹科技更新機(jī)器狗視頻，Unitree B2-W機(jī)器狗可以完成托馬斯全旋、側(cè)空翻、360°跳躍轉(zhuǎn)體、沖跳、極地跑酷等動(dòng)作。該公司的人形機(jī)器人更是登上春晚，上演了一場震驚全國觀眾的“賽博秧歌”。

　　不久前結(jié)束的CES展會(huì)上，具身智能機(jī)器人繼續(xù)引發(fā)關(guān)注。人形機(jī)器人、機(jī)器狗、AMR、清潔機(jī)器人、割草/農(nóng)業(yè)機(jī)器人、陪伴機(jī)器人等最新技術(shù)及新品紛紛亮相。特斯拉開發(fā)的Optimus人形機(jī)器人將在2025年進(jìn)行量產(chǎn)，未來有望創(chuàng)造超過10萬億美元的長期收入，甚至可能超過汽車業(yè)務(wù)，成為公司主要的收入來源。

　　面對全世界智能機(jī)器人的激烈競爭，金永斌和他的團(tuán)隊(duì)依然堅(jiān)定地守在“極限賽道”。“因?yàn)槲覀€(gè)人更傾向于讓機(jī)器借助人的智力，即把人的智力在機(jī)器人這個(gè)物理平臺上重新投放?！苯鹩辣笳f。擁有超高自由度的機(jī)器人，完全由AI算法進(jìn)行控制，可能其安全性與倫理問題還有待長時(shí)間的研究，但人機(jī)互感和人機(jī)聯(lián)動(dòng)，或許在五年之內(nèi)就能成真。

　　他笑著舉了一個(gè)例子，“比如您今天采訪我，就可以直接連接我的機(jī)器人來提問，通過互聯(lián)實(shí)現(xiàn)物理世界的交互，不用人到這里來了?！苯鹩辣笸嘎叮谒麄冄芯吭簝?nèi)部還有一個(gè)更宏大的想法：通過這些機(jī)器人讓所有藍(lán)領(lǐng)都變成白領(lǐng)，足不出戶地在工廠進(jìn)行工作，甚至消除春運(yùn)這樣的大規(guī)模遷移——這要求機(jī)器硬件有極高的響應(yīng)速度。

　　“黑豹2.0”的第二大顛覆性突破，也在于硬件，即高功率密度的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器研發(fā)獲得成功。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了目前國際領(lǐng)先的高功率密度、高載荷能力的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，為下一代工業(yè)四足機(jī)器人的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，甚至已經(jīng)應(yīng)用到該研究院的部分人形機(jī)器人身上。

　　從力學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)入機(jī)器人方向研究前，金永斌和大多數(shù)普通人一樣，通過各種新聞報(bào)道，認(rèn)為機(jī)器人的硬件技術(shù)已經(jīng)非常成熟。然而，當(dāng)他要將理論落地時(shí)，才發(fā)現(xiàn)工程層面挑戰(zhàn)重重——也意味著這一領(lǐng)域大有可為。

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　　他和師弟用了一整年，一點(diǎn)點(diǎn)地對電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行迭代測試，總共研發(fā)了十個(gè)版本。每次他們想到一個(gè)好的技術(shù)方案，以為很快就能成功，“結(jié)果剛一上電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器就爆炸。動(dòng)不動(dòng)就炸，一不小心就在我眼前炸了?！苯鹩辣鬅o奈地講。

　　面對這些“意外”，他已經(jīng)習(xí)慣了。他的導(dǎo)師、科創(chuàng)中心人形機(jī)器人創(chuàng)新研究院院長王宏濤的話，總在金永斌的腦海中回響：“我們一定要做難而正確的事情?！?

　　他們知道眼前這塊長方體的“機(jī)械心臟”會(huì)為人類帶來巨大的價(jià)值，有著這樣的信念和環(huán)境支撐，“挑戰(zhàn)極限這件事還挺浪漫和幸福的。”金永斌說，接下來他們還會(huì)繼續(xù)為“黑豹2.0”提速，并開發(fā)新的人形機(jī)器人。

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