现代超市的货架上,经常会有排列整齐、大小厚薄均匀的鸡肉片。看似平凡无奇,背后却隐藏着不少技术挑战。
由于每块鸡肉原材料形状、质地都不尽相同,要达到一致的尺寸和重量,灵活性至关重要。这也是为什么传统产线上的鸡肉切割主要依赖人工。通常,一间稍具规模的工厂就需要上百名工人手动完成这一繁琐操作。
一家叫非夕科技的机器人公司通过结合AI大脑和力控技术,成功实现了对整条产线的自动化改造:AI负责判断鸡肉形状,选择最合适的刀法和切割路径,以确保切出的每片肉达标;力控技术则精准控制切割力度,确保无论鸡肉软硬度如何,机器人都能感知刀锋是否触及砧板。两者配合,高效彻底地完成每次切割。
力控赋能的通用机器人独角兽,每年三倍销售增长
非夕科技诞生于2016年,由四位斯坦福博士在硅谷共同创立。专注于仿人化技术理念,研发和生产集工业级力控、计算机视觉和人工智能技术于一体的自适应机器人。
目前,多数工业机器人主要依赖位置控制和大量非标机构辅助。虽然能够准确执行预设轨迹,但在产线布局调整、来料位置偏移或规格差异、任务环境变化时适应性较差。
非夕的技术精髓是力控。在他们看来,很多复杂任务人类能完成,机器人却做不到,原因不是人在位置控制上优于机器人,而是具备更高级的力控本能。一个简单的例子是插充电头:人们并非通过精确计算位置来完成,而是大致对准插孔后,通过触碰的手感微调,最终顺利插入。
非夕从力控入手,结合简单的视觉引导,实现类人的手眼协调能力。机器人能根据力量反馈自主适应变化,实时调整轨迹、动作和力度。既能避免损坏元件,又能显著提升产线良率和换线效率。
这种能力使其在精密装配、打磨抛光、车窗底涂、FPC柔性插装、按摩理疗、食品加工等各类复杂任务中表现出色,可广泛应用于汽车、3C、家电、科研、医疗、服务等多个行业。如今,非夕每年能实现约三倍的商业化增长。在今年Q3、Q4订单旺季到来前,销售额已超过2023年全年总营收。
自成立以来,公司累计完成4轮融资,总金额超3亿美元,获得包括金沙江创投、高榕资本、真格基金等知名机构支持。两年前,非夕科技估值突破10亿美元,成长为通用智能机器人领域的独角兽企业。
四位斯坦福博士,打通从软硬件到AI的全栈机器人技术
钟书耘是创始团队的一员,现担任非夕首席机器人科学家。他曾在斯坦福大学机器人领域泰斗Oussama Khatib的实验室做博士后研究员,更早于台大取得机械工程博士学位,师从机器人研发界领军人物黄汉邦教授,拥有15 年以上的机器人智能规划及人机协作研发经验。
因为学校的一次水下机器人合作项目,钟书耘与另外三位联合创始人—— 来自斯坦福仿生与灵巧操作实验室、机器人实验室、人工智能实验室的王世全、叶熙阳和卢策吾相识。
几个年轻人在讨论技术时,一致认为力量控制才是解决许多业界痛点的关键所在。但当时这个概念并不流行,“卡就卡在传感器太难搞”。他们意识到,只要能攻克这个技术难题,就能为力控机器人落地铺平道路。
“有一天,世全忽然找到我,说自己figure out力觉传感器怎么做了。” 钟书耘回忆道,“我到现在还记得那次对话,他先和熙阳聊过,我看了方案也觉得很有潜力。我们就围绕这个sensor开始构建,从sensor到关节,再到整个手臂的设计。
最上层的AI部分我们引入了策吾,当时他在李飞飞的实验室做博士后。我们4个人就这样聚在一起,形成了一个从底层hardware到firmware、software,再到AI的完整团队。我主要负责软件控制,世全做传感器和手臂机构设计,熙阳懂两边的技术刚好对接我俩,策吾则主攻机器人以上的AI大脑。”
在公司成立的前几年,团队投入了大量精力验证和调整机器人的规格与性能,以确保准确切入客户痛点。钟书耘坦言,早期推动力控技术进入工业领域并非易事。因为工业客户相对保守,不容易接受新技术,往往需要先看到实际验证的成果。
“除非像Elon Musk这样的人证明特斯拉工厂已经准备用某种技术,客户才会跟进。”钟书耘解释道,“我们必须亲自下到产线,逐条跑通流程。”
“有人会问为什么非夕机器人的推出速度很慢,其它机器人却好像突然就能冒出来。其实,只做位置控制相对简单,但要真正把力控和AI做好并不容易。我们花了很多时间打造关键技术。”
为了更好地应对不同领域需求,去年11月,非夕基于过去积累的AI技术,战略孵化出全新的穹彻智能。主要由王世全和卢策吾带领,专注研发通用具身智能大脑,更全面地服务整个行业上下游。9月6日,穹彻智能宣布完成累计数亿元人民币的天使轮和Pre-A轮融资。
“我们之所以这样做,是因为力控机器人和AI大脑的应用领域都很广。如果两者一直绑定在一起,外界可能会认为非夕的AI只能用于非夕机器人,或者非夕机器人只能使用特定AI。实际上这两部分技术都很通用,两个通用平台能创造出更多新东西,各自发光发热的舞台也会更大。”
以下为对话实录:
力控为主、视觉识别为辅,自适应机器人打破传统
硅星人:怎么去理解自适应机器人?
钟书耘:我们一直围绕力控技术进行开发,同时涉及手眼配合的部分,需要AI大脑来支持。“自适应机器人”这个概念,一方面把我们与传统的工业机械臂和协作机械臂区分开来,另一方面也为非夕产品找到了合适定义。比如另两者只能按照预定轨迹进行操作,而我们的机器人则能够根据实时的力量反馈,在线变换轨迹,自然地调整动作,适应环境中的不确定性。
硅星人:这种适应性通过什么样的技术路径实现?
钟书耘:有一个大概的框架,我们称之为“阶层式智能”,对标思路其实是人。为什么人在生产线上体现出那么好的适应性?很多是依赖老师傅的手感,很难用一个完整的SOP来规范。
所以我们在底层设计了一个类似“手感层”的结构,基于传感器建立控制回路,负责感知和任务执行。接着构建了关节层和多关节间的协调控制,然后到达小脑层,实现机器人的全身协调。最上面的AI大脑则只负责high level的决策。就像你喝咖啡时,从不会思考肌肉要用多少力,或者手摆什么姿态。大脑只需发出“我要抓什么东西”以及“把它移到哪里”的指令就可以了,具体动作由身体自动协调完成。
这种架构的灵活性在于,其他公司可以轻松将他们的AI大脑集成到我们的机器人上,而无需处理底层细节,简化任务切换。如果AI需要处理“小脑”以下的部分,模型会变得非常庞大。此外很多工业应用并不需要复杂的AI模型,更多是人类大脑加上机器人小脑来完成任务。人可以通过离线编程设定流程,在线的不确定性就交给机器人应对。
硅星人:非夕自适应机器人主要能解决市场上哪些痛点?
钟书耘:我们很多技术围绕“力控”展开,但这个概念本身很难直接与客户价值挂钩。因此过去几年我们深入调研了工业客户,发现他们面对的主要问题是来料一致性差和产线各工位的累积误差,导致良率无法提升。
在产线上,大约60%的周边装置都是为了确保物品来到机器人面前时,处于精确的位置,这样机器人才能运行固定轨迹完成任务,否则操作就有可能失败。而我们的优势是,即使它位置不够精确,机器人也能完成工作,提高良率的同时省去额外的校正设备。当需要更换产线时,也能更快地适应新的产品。
这就是力控发挥的巨大作用,但引入市场确实花了一些时间,因为工业客户比较保守,不容易接受新技术。我们花了很多精力去证明它的价值。
硅星人:还记得你们是如何拿下第一单的吗?
钟书耘:细节有些记不清了,大致我们是先搭建示例演示,客户可能先给一个工位尝试,觉得可行再慢慢水平展开。关键是必须拿出成功案例,客户才会真正信任你。在完成一些项目后,情况就会好转很多,客户看到了实际价值,并且同样的应用也已经在其它地方成功部署和运行。
我们曾为一个客户打造过一条车用域控制器的全自动组装产线。这个项目当时交给了两家厂商:我们和一家传统自动化集成商。生产同样的产品,我们部署更快,实现了全流程自动化,成本更低,占地面积也更小。对方花的时间更长,而且还是要雇用人力,成本也更高。这是一个非常直接的对比,我们经常举这个案例。
硅星人:目前你们的产品体系是怎样的,具体如何交付解决方案?
钟书耘:有好几种合作方式,主要看客户是谁。如果是终端客户,他们需要一个完整的turnkey solution,也就是我们全程负责,最后客户只需按下按钮,设备就能自动运行。这包括机器人、工具、周边设备,以及产线对接。
另一类是系统集成商帮终端客户设计自动化方案。当他们发现某些环节需要力控机器人时,就会直接向我们购买并集成到他们的解决方案中。非夕的图形化用户界面让他们不必编写代码,只需拖动方块来编写工作流程。
还有一些是高校或科技公司,有自己的技术,想把非夕机器人集成到产品或研究中。这种情况下,我们有提供机器人C++或Python程序接口RDK(Robotic Development Kit),让他们可以通过编写代码直接控制机器人。
做各种产线上的“老师傅”
硅星人:能不能请你介绍几个非夕成功的use case?
钟书耘:好啊。最近比较有名的一个案例是我们在汽车座椅熨烫上的应用。椅垫制作时内部会填充一些柔性材料,可能产生皱褶,形状也不统一,出厂前需要再烫过。以前都是人工用熨斗来熨平。普通机器人不好做,是因为每个椅垫尺寸都不太一样,即使只相差几毫米,轨迹稍微偏离也可能熨不到。
这时力控技术就很方便。我们设定好大致轨迹,同时控制机器人施加的力量,确保每次都能接触到椅垫并保持力道一致,熨烫效果非常好。另外我们的机器人有7个自由度,如果是6个自由度的机器人,它到目标点的形态只有一个解。这个额外的自由度能像人手一样灵活调整姿态,适应椅垫的复杂弧度。
另一个案例是打磨抛光与去毛刺应用。它的工作环境通常比较恶劣,会有很多对人体有害的粉尘,长时间握着打磨工具也非常辛苦。很多人工作几年后就需要休息一段时间,把不好的东西代谢掉。所以这类工作的招工也越来越难,但制造业对打磨抛光的需求却非常大,尤其是在3C产品和汽车制造中。力控技术使得机器人能像人一样去打磨抛光,适应各种曲率变化,这与我们提出的自适应机器人概念非常契合。
还有一些更精细的应用是力觉测量。我们做过一些项目,比如汽车的后视镜,它的球形关节需要保持适当的紧度,不能太松也不能太紧。以前很多是用人工推压来测试紧度。但用我们的机器人,可以更精确地测量并记录力量的变化曲线,从而判断产品是否合格。如果未来产品出现问题了,还可以回溯到组装环节。这样机器人不仅能帮忙制造,也成为量测工具,确保每个产品的一致性。
制造业其实非常有趣,很多细节在你深入其中之前可能从未想过。我在学校时根本没想到这些工艺有多复杂,但亲自到现场看过之后,就非常appreciate这些创新。
硅星人:听起来非夕机器人在各种产线上扮演着老师傅的角色。它能处理这么多操作,你们是如何保证通用性的?
钟书耘:你底层的力控框架必须非常扎实。其实这些操作的核心原理是一样的。为什么我们的机器人既能做按摩,又能打磨抛光?因为它们原理相同,只是换了不同的工具。所以我们称它为一个通用平台,就像人可以拿不同工具完成不同任务一样。线束插拔与组装操作也是类似的概念,机器人通过感知力道变化来完成插拔任务。你只需微调一些参数,比如来料一致性低时就扩大搜孔范围,一致性高时就缩小。这些上层参数一旦设置好,机器人就能自动完成剩下的操作。
硅星人:围绕力控,你们还有没有其它技术上的自主创新?
钟书耘:我们还将力控技术应用到了夹爪,非夕是全球首个推出动态力控夹爪的公司。传统夹爪只能控制位置或到达设定的力后就停止动作,而我们的夹爪可以持续维持恒定的力量。举个例子,当夹持一个不断膨胀的气球时,夹爪会自动感知力觉变化并调整,避免气球破裂。
这让我们能更好地夹持柔性物体,其实非常有用。比如汽车线束组装中有个捋线动作,因为线束是人手工包裹的,宽度会变化。普通机器人可能会在捋线过程中卡住,但有了力控夹爪,机器人就可以沿着线束平稳滑动,而且不会脱离。
硅星人:刚刚这些好像都是在工业环境中的应用。
钟书耘:目前大部分使用确实是在工业领域,这是我们的起点和保底板块,但我们也希望探索更多非工业应用。因为在其他领域,机器人必须具备更强的智能和适应能力,对力控的需求可能更高。那些存在更多不确定性的场景将是力控技术发光发热的地方。
硅星人:从传感器、各个关节到机器人本体,包括算法、操作系统和AI,所有技术都是你们自己的吗?
钟书耘:是的,所有关键技术都掌握在我们自己手中,当然我们也花了很多时间积累这些技术。有人会问为什么非夕机器人的推出速度很慢,其它机器人却好像突然就能冒出来。其实只做位置控制相对简单,但要真正把力控和AI做好并不容易。我们专注于开发一些根本的、具有突破性的技术,希望能尽快进入各个不同的市场。
机器人和AI都很通用,以后各自的舞台会更大
硅星人:非夕去年进行了战略调整,把AI团队独立成了新公司穹彻智能,这是出于什么考量?
钟书耘:孵化出穹彻,是因为力控机器人和AI大脑的应用领域都很广。如果两者一直绑定在一起,外界可能会认为非夕的AI只能用于非夕机器人,或者非夕机器人只能使用特定AI。实际上这两部分技术都很通用,两个通用平台能创造出更多新东西,各自发光发热的舞台也会更大。
硅星人:AI在增强机器人能力方面起到什么作用?会如何整合进非夕的产品线?
钟书耘:肯定很有帮助,但并不会像好莱坞电影里那样突然变得非常强大,而会是一个循序渐进的过程。目前AI更适合在数字世界中应用,是因为这些领域的容错率可以很高,如果AI生成的视频有点瑕疵也无伤大雅,几秒钟就过去了。但如果将AI应用到真实场景,尤其是机器人上,容错率就必须非常低。一旦出错,要么是机器人自己受伤,要么就是环境或环境中的人受伤。就像自动驾驶的成功率已经达到99%了,那出行100次还是有一次会撞到人,这当然是不行的。
我们的思路是,从擅长领域出发,逐步向外扩展。找到那些最有可能快速落地的应用方向。比如从农业、食品加工开始,虽然也是在工厂内,但不像3C、汽车制造那样规范,涉及到的来料变化更大,一致性更差。我们也在探索一些服务行业的应用,像是与黑马原力合作的移动充电小车,以及和AiTreat开发的按摩机器人等。
硅星人:现在人形机器人的概念很火。我记得你提到过,人形机器人的最佳应用场景绝对不是工业环境,为什么这样说?
钟书耘:人形机器人本身并不一定适合工业环境。主要因为它引入了很多其它的难点,特别是双足行走。要像人一样双足行走,每只脚至少需要6个电机,两只脚就是12个电机,成本很高。而一个轮型平台可能只需要两个电机,承重能力却远大于双足。
在工业场景中,至少在工业机器人规范里,是有一套安全标准的。包括机器人上要有一个红色的紧急停止按钮,一按下去,所有马达电机必须瞬间锁住。但人形机器人很难直接停止,因为它需要保持动态平衡,如果突然锁住关节就会跌倒。所以用传统规则来管理人形机器人并不太适用。要在工业场景中落地,首先必须解决很多安全规范问题。
硅星人:特斯拉的Optimus、Figure都热衷于让人形机器人“进厂打工”,在你看来实际可行吗?
钟书耘:最终也许可行,但中间还有很多困难需要解决。就像刚刚说的安全认证,目前针对人形机器人的安全规范还没有出来。更多是等技术成熟了再开始讨论到底怎么定规则。这也是为什么自动驾驶技术已经发展了十几年,直到最近Waymo和Cruise才开始慢慢落地。所以我认为,人形机器人落地工厂还要好多年。而且工厂其实是一个比较结构化的环境,任务相对单一,自动化可以通过各种形态的机器人来实现,人形机器人不一定能很快发挥它的价值。
硅星人:你觉得人形机器人更可能在哪些场景中落地?
钟书耘:我觉得服务业会是它落地的主要场景。怎么讲呢,人形机器人其实是一种人类自身的追求。因为我们对人形很熟悉,看到后会觉得更友好,与它互动比和一个三头六臂的机器人更自然、更舒适。人类的居住与生活环境是基于人的形态打造出来的,人形机器人更适合在这种以人为主而设计出的场所中工作。也就是那些环境与任务多变、需要与人类频繁接触的场所,比如家用看护和服务型机器人。
但在工业场景中,客户根本不在乎机器人长什么样,是否好看,是否会发光。他们关心的是机器人能否以最优的方式提高产量。
比如如果你想设计一个洗衣机器人,你其实要做一台洗衣机。你去观察人洗衣服,关键在于搓揉的动作,如果能够实现揉搓的动作就good enough,而不必真地设计一个人形机器人拿着衣服去河边洗衣服。当然如果你做出来也真的很牛,但最重要的是要解决什么问题。就像非夕强调的仿人化概念更多是指仿人的能力,而不是完全仿人的外型。能力可以迁移到不同的机器人形态,只要针对应用场景设计出合适的机器人形态就可以了。
制造业自动化,全球还有99%的增长空间
硅星人:你们的自适应机器人已经在与全球很多大客户合作,未来市场的机遇在哪里?
钟书耘:其实整体制造业的自动化程度仍然很低。目前全球平均比例大概是1:100,最高应该是南韩,其次是新加坡。但如果你平均下来,每100个工人中只有1台机器人,那么还有99%的增长空间。我们要做的就是将人类的能力移植到机器人身上,让机器人能够覆盖剩下99%的工作任务。
硅星人:下一步规划是什么?无论是产品开发还是全球市场布局,有什么可以分享的?
钟书耘:我们正在开发第二代机器人本体。除了加强工业场景的应用能力外,我们也加入一些特殊功能与提高AI适配性,希望加速导入非工业及服务型场景。我觉得这个新产品会带来很大的影响,不过目前还不能透露太多细节。
硅星人:什么时候能看到这些新产品呢?
钟书耘:明年,我们会在适当的时机推出。
至于全球布局,我们在硅谷、上海、北京、深圳、新加坡等地都设立了办公室。现在的主要市场还是在中国,因为我们目标是制造业,中国的制造业仍然处于全球领先地位。与此同时,我们也在全球范围内寻找合适的机会,希望将非夕机器人推广到不同国家。
文章来源:硅星人Pro
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