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三年前,由斯坦福科学家们研发的人形水下机器人Ocean One,通过极高的灵巧性,完成了由人类远程控制、成功打捞17世纪法国沉船残骸的任务。机器人拥有先进的复合感知系统,可以体会文物的大小、轮廓、材质,在深海寻找到文物后,将它们稳稳放入修复篮内。这听来不可思议的故事,体现了人类与机器人结合后的超凡能力与可能性。

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如今,曾深度参与Ocean One设计及开发的王世全及叶熙阳,和另外两位来自斯坦福机器人及AI实验室的博士后钟书耘、卢策吾一起,希望将这灵巧性与智能再推进一步——结合高精度力控、计算机视觉、AI技术,打造第三代自适应机器人:拂晓(Rizon)。

刚刚结束的2019汉诺威工业博览会上,拂晓首次亮相。该博览会是全球最重要的自动化工业展会之一,在工业重镇德国汉诺威举行。

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展会上,拂晓不仅在人类推搡干预下稳定地保持高效工作,还在极不确定的工作环境中出色完成抛光、插拔等任务,通过强大的稳定性和灵巧智能吸引了全世界的注意力。

本文转载了钛媒体对Flexiv Ltd. (非夕机器人)创始人及CEO王世全的专访,解码这个保密模式下为拂晓进行了三年研发的机器人公司。

力觉控制把机器人的能力带到新的高度?

不管是对于Ocean One还是第二代协作式机器人,力觉控制都是一个重点概念,机器人可以通过力觉控制系统,更好地感知工作环境,检测碰撞、人类可以通过拖拽示教来让机器人学会新的任务。

过去几年来,引入了力觉检测的协作式机器人由于较为安全及通过拖拽示教就能进行基础工作任务而备受关注。全球四大机器人公司发那科、ABB、库卡、安川都相继推出了自己的协作机器人。Marketsandmarkets预测,其将在2025年发展到百亿美元市场。

但在来自世界最前沿力控机器人实验室的王世全看来,力觉在过去机器人身上还远未发挥出它的全部潜力。

“最大的瓶颈在于硬件,力控机器人在理论上有很多研究,但在硬件实现上仍存在许多未被妥善解决的问题。目前市面上缺少专门为高性能力控打造的硬件,这项技术也就很难在真实应用中有所突破。”

在斯坦福读博时,拥有深厚硬件基础的王世全意识到了这个独特的机会,决定从零创造适用于高性能力觉控制的全新机器人本体,融合AI技术,打造第三代自适应机器人。

这也意味着机器人和人的相似度进一步增强,更加柔性、智能——既拥有强大的抗干扰能力、可以兼容不确定的环境,又拥有智能可迁移能力,可以高效地转换不同产线、产品,或是仅用一条产线就可以处理同品类的不同产品。

比如电动车接插头组装。在这类产线里,一辆车存在上千个带有线缆的接插头需要组装,每次的插头状态、种类、接插的动作力度都可能不同,相关厂商一直无法找到合适的自动化方案。

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而拂晓则可以通过AI视觉来进行复杂环境下的有效定位,并且实时运用力觉来调整及插入,补偿视觉的定位误差。而机器人插拔的一致性,也减少了额外用来避免人为插拔出错的检测环节。

在另一个案例中,Flexiv帮助一家领先的手机OEM厂商改革装配部件自动化产线,通过简化一般产线上繁复的定位工装和视觉二次定位环节,减少了许多额外的定制设备和调试工作。在三年内,其资本支出及总生产支出预计可降低超过50%。

斯坦福背景提供强大技术储备

为了让机械臂拥有这样智能、可靠、抗干扰性强的工作能力,在资本支持下,这个有近百个AI及机器人工程师的团队完成了三个方面的技术储备:机器人本体、AI视觉及层级式机器人智能。

在机器人本体方面,Flexiv完成了新型关节设计、各关节和末端的新型高性能扭矩和力觉传感器、高性能关节扭矩控制硬件以及基于力觉控制的全新整机实时控制规划算法。“这是从硬件底层到系统顶层的全面革新,机器人能够实现高性能的复杂力控,提供和人类相似的精巧操作以及手感。”王世全表示。

另一方面,机器人本体的技术突破结合AI视觉及深度学习技术,让Flexiv机器人拥有实现各类复杂环境物体的识别定位、决策学习和模仿学习能力。而层级式的人工智能系统,使Flexiv能够深度融合力觉及视觉能力,让机器人能够完成大量过去机器人难以完成的任务,如不确定环境中的曲面抛光以及复杂插拔装配等工作任务。

在机器人领域,传统的机器人学者和新兴的深度学习研究者其实往往有一点“互斥”,两者互不信服对方的技术路线是解决这个领域核心难题的最优方式。而Flexiv的创始团队,在AI和机器人领域完成了互补。

王世全博士毕业于斯坦福大学仿生与灵巧操作实验室,发表顶级期刊会议论文二十余篇,其主导的人形攀岩机器人研究曾获得国际顶级机器人会议IROS最佳论文奖。创始团队还包括卢策吾,上海交通大学计算机系教授及博导,国家青年千人计划及MIT TR35 China获得者,青年AI科学家联盟执行理事,曾任斯坦福大学人工智能实验室博士后,在计算机视觉及深度学习领域深耕多年;再加上曾负责国际知名的复杂环境下的人形机器人SupraPed研究的斯坦福大学人工智能实验室博士后钟书耘,以及前文提到的主导Ocean One项目的斯坦福大学人工智能实验室博士叶熙阳。

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Flexiv创始团队,从左至右:叶熙阳、钟书耘、王世全、卢策吾

这几位机器人、AI领域的佼佼者曾共同完成过多个科研及产业项目,也在各个机器人细分领域里贡献了大量突破性成果。他们为新一代自适应机器人梳理出三个关键点——误差容忍度高、抗干扰性强、工作能力智能可迁移;也为非夕旗下第三代自适应机器人的研发铺平了道路,团队成立后便吸引了大量来自斯坦福、伯克利、CMU等国际名校的优秀人才加入,同时也与斯坦福、清华、交大建立了紧密的合作关系。

超越工业场景的自适应式机器人

在创始之初,Flexiv就获得金沙江创投、高榕等主流资本支持,短短两年内,融资总额达1.5亿人民币,后续跟投方还包括真格基金、顺为资本、MFund和清华研究院等机构。

资本的青睐与对这个市场的期待息息相关:2018年,全球机器人市场超过300亿美元。根据Mordor Intelligence预测,2019年至2024年间,全球机器人市场将以25%的年增长率不断扩大,很可能形成千亿市场。

“很难得看到一家创业公司从0到1地开发出了新型机械臂,创新式地实现了精确的力觉控制系统并融合了领先的AI技术,能应用在汽车、3C制造、农业等多个领域。Flexiv拥有一流的团队,未来的发展空间巨大。”Flexiv投资方、高榕资本创始合伙人岳斌表示。

据王世全透露, 今年下半年,第三代自适应式机械臂的第一个产品“拂晓”就将投入量产。

未来,Flexiv拂晓及其后续的机器人产品可以被投入工业、医疗、航空甚至服务业,更加紧密地与人类相处,帮助人类完成枯燥、危险的工作任务。

“精细复杂的力觉控制融合前沿的人工智能,可以让机器人以更近似人类的方式工作,在通用性和可迁移上具有天然的优势,这使其能够在工业应用以外更开放更不确定的场景下更好的服务于人类。”王世全表示。除了一个优秀的创始团队,Flexiv也吸引了大量具有产业经验的资深人士加入,包括来自全球知名机器人公司KUKA、FANUC、ABB、Intuitive Surgical,以及苹果等硬件公司的研发、供应链生产、商务市场人才,共同推进第三代自适应式机器人的量产和落地。

初接触机器人时,王世全曾在浙大智控所主导完成过当年热门的四足机器人项目。经过一年的设计打磨,机器狗与初始版本看似没有太多“进化“,却在上百次细节调整与迭代中有了质的改变,让他深刻体会到简洁设计和完美主义的强大力量。

而十数年后,他仍旧能体会创造带来的乐趣与心潮澎湃:“看着几千几万个零件,通过技术的力量重新组合,这种美感和冲击感是无与伦比的”。

在越来越多的场合,人们赋予机器人以生命,以血肉;机器人也因此将人类的可能性带到未曾想象过的领域和空间中,这是技术之美,也是人类之幸。

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