Original 伊然研究員壹號 伊然研究
這一代人工智能以通用大模型為代表，主要功能是用自然語言的方式解決需求。我們不需要學習任何軟件，也不需要了解實現過程如何調用插件，只要用自然語言提出需求就能得到滿足，所以在協同辦公、內容創作上很快體現出商業價值。
但要復制智能手機在移動互聯網上的商業成功，人工智能就不能只靠優化人的工作效率，還必須有更加智能化的終端設備，以及顛覆性商業模式創新，所以市場預期轉向具身智能，智能機器人延伸。
英偉達創始人兼首席執行官黃仁勛日前也公開表示，人工智能的下一個浪潮將是“具身智能”（embodied AI），即能理解、推理并與物理世界互動的智能系統。智能機器人正是承載這個智能系統的實體。
具身智能三要素——
具身感知（Perception）：通過視覺、觸覺等傳感器交互感知，構建模型，形成可以被機器人使用的具身概念。
具身想象（Imagination）：構建仿真引擎，模擬具身任務，為機器人執行指令提供支撐。
具身執行（Execution）：基于計算機視覺、機器人學和計算機圖形學，通過多模型訓練，在多傳感器合作下完成任務執行。
人工智能的不斷升級迭代，已經擁有了邏輯推理鏈，發現了人腦尚未學習到的計算方式（比如Alpha GO對圍棋暴力拆解），未來甚至可能會深入到人腦認知不能觸及的領域，找到人腦尚未開發出來的認知框架，所以人工智能的發展不僅僅是提高效率的問題，而是用更高級更快的算法算計這個世界的能力。
從這個意思上看人工智能的下半場是大模型軍備競賽的下半場，是更全面實現智能和人機交互的下半場。
從商業的路徑來看，人工智能滲透率將跟隨人機互動程度而拓展，而特斯拉這次引發的人形機器人風口將是下半場的新方向。
2023年初第一次發布特斯拉機器人Optimus（擎天柱）特斯拉股價見底反彈，2023年5月展示了優化后的Optimus能夠分辨和抓取復雜物品特斯拉走出反轉，年內股價翻倍。表達了市場對人工智能發展方向的高度認可，今天我們就來分享人形機器人的產業鏈和相關機會。
機器人經歷從低級到高級的三代發展歷程。第一代機器人完全按照事先裝入到存儲器中 的程序步驟進行工作；第二代機器人則配備傳感器，能夠隨環境變化來調整自身行為；第三代機器人具有感知交互和思維能力，能夠自主處理復雜問題。
早在上個世紀70年代日本早稻田大學就開始研究和開發機器人，除特斯拉之外，波士頓動力和中國的優必選等長期投入機器人的公司，但一直無法實現批量商業落地，主要原因就是我們要滿足智能化的關鍵技術沒有突破，機器人在識別感知到有效執行之間仍有關鍵的路徑沒有完全走通。隨著多模態大模型技術的興起，模型參數高達萬億級別，具身智能的實現曙光初現。
機器人技術涉及軟硬科學融合，對運動控制技術要求很高，需要機器人本體技術、人工智能技術、手眼協調、人機交互，還有同步定位和導航技術。人工智能方面包括視覺算法和語音能力、人機交互能力以及對環境的理解能力，短期來看運動控制軟件和硬件之間的復合能力是人形機器人的核心痛點，表現為機器人動作僵硬反應遲鈍，未來隨著AI深度強化學習，仿真 AI大模型的應用，機器人的運動能力、步態控制是可以得到優化的。
2022年全球機器人市場規模513億美元，2017-2022年CAGR達14%，其中工業機器人195億美元，服務機器人217億美元，特種機器人超100億美元。我國服務機器人市場規模有望在 2023 年達到 751.8 億元人民幣，占全球服務機器人市場的一半。從預測數據看，服務機器人的增長空間比工業機器人大，畢竟服務機器人在相對更開放、更復雜的場景下工作，更需要智能的加持。目前服務機器人主要體現在導覽機器人、配送機器人、和陪伴機器人三個領域，表現出人形特征更容易被市場接受。
機器人的商業價值是替代高昂的勞動力成本，國海證券做過測算：在歐洲最低時薪為12歐元，機器人一年工作300天換算為人工費用就是9.43萬美元/年，如果特斯拉機器人能夠降到2萬美元，那么市場替代勞動力規模超過2231億美元，和2022年的市場規模相比，增長十倍。根據Statistics Market Research Consulting的數據，到2027 年預計市場 規模將達到 141 億美元，CAGR達58.5%。其中2027年中國的人形機器人市場有望達到23億美元，CAGR達56.4%。
由于人形機器人的替代人工的場景較為廣泛，多家公司已經下場開發。現在特斯拉機器人“擎天柱”可以完成澆花等簡單家務，EVE機器人在ChatGPT的支持下可以在監獄和養老院提供安保服務，小米2022年8月推出了Cyber One人形機器人，小米機器人可識別85種環境聲音和45類人類情感，面部的曲面OLED模塊，可以顯示實時交互信息。我國人形機器人龍頭公司優必選也向港交所提交了招股說明書，優必選機器人的用途是在家庭場景和辦公場景自由活動，進行服務，國內醫療康復領域還有一家——傅利葉智能機器人，在康復機器人領域的產品矩陣已經基本成型，包括上肢、下肢、運動與平衡以及物理治療。
從機器人的性能和智能化水平來看，特斯拉人形機器人擎天柱Optimus仍然是行業內的標桿性產品，從基本參數配置看，Optimus包括裝載自研芯片依托FSD（全自動駕駛）等技術，表現更加智能化，特斯拉人形機器人的核心是FSD智能系統，和自研的DI芯片加超級計算機Dojo。Dojo 架構擁有一個大規模計算平面，極高寬帶和低延遲。作為 Dojo 架構的重要組成部分，D1 芯片采用 7 納米制造 工藝，處理能力為每秒 1024 億次。
由于每個D1芯片之間都是無縫連接在一起，相鄰芯片之間的延遲極低，訓練模塊最大程度上實現了帶寬的保 留，配合特斯拉自創的高帶寬、低延遲的連接器，算力高達9PFLOPs（9000萬億次）。它的目的是替人類完成一些重復無聊的或者危險的工作。
中國能夠加入人形機器人產業鏈供應的主要是硬件設備，中國已構建微特電機完整工業體系，產品占據全球超過70%的產量，其中無框電機達到國際先進水平。我在4月3日《工業機器人：龍頭與新軍》中分析了機器人需要的減速器、伺服系統和控制器三大核心零部件，當時文中涉及的相關公司五月六月都錄得優異表現。
國內精密減速器和伺服器發展都比較快，主要是諧波減速器性能達到國際水平，而RV減速器、控制器也在奮力追趕。這次根據特斯拉機器人核心硬件成本構成部分，我們增加分析力矩傳感器、滾柱絲杠、空心杯電機和柔性傳感器。
機器人產業鏈
力矩傳感器：為機器人提供觸覺，用于監測、檢測和記錄施加在傳感器上線性力和旋轉力，是技術難度非常大的電子裝置。一臺高性能的力矩傳感器頂得上國內一臺協作機器人的價格，主要的技術難點在于要解決加工過程中的間隙誤差和干擾，還有對所測的力量敏感度的問題，把運動過程中標定動態和靜態，并在運動過程中不斷實現算法和電路信號傳輸。目前高性能的力矩傳感器在國內只有少部分企業參與，但基本上還是以歐洲和日本產品為主。
滾柱絲杠：特斯拉機器人用到行星滾柱絲杠。主要功能是完成方向性的運動控制。通過將螺旋運動和行星運動結合在一 起，將絲杠旋轉運動轉變為螺母直線運動，從而進行動力輸出。行星滾柱絲杠以往產能主要集中于歐洲、美國等。舍弗勒集團于2022年收購Ewellix公司，其前身為SKF行星滾柱絲杠部門，并結合旗下傳統高端行星滾柱絲杠品牌GSA，基本壟斷國際高端行星滾柱絲杠市場。中國企業還在努力追趕過程中；
空心杯電機是機器人靈巧手的核心部件，在結構上突破了傳統電機轉子的結構形式。因為沒有鐵芯所以也叫空心杯轉子，采用無鐵芯轉子減少了轉子自身的機械能損耗，具備鐵芯電機無法達到的控制和拖動的特性。空心杯電機具有響應快、運行穩定可靠、轉速波動較小的特點，從工業控制到軍工、機器人和高端機床，空心杯電機應用非常廣泛，特斯拉人形機器人的手部應該是空心杯電機 驅動裝置 傳統裝置構成。
德國和瑞士兩家空心杯電機 齒輪箱 編碼器集成的公司每年銷售規模可達32億歐元，可見市場空間非常大，國內有兩家上市公司從事這方面的開發和生產，但由于生產方式還比較落后，在產品壽命和精度方面存在劣勢。
柔性傳感器：是采用了柔性基板，本質上是一種薄膜，然后各種電子元器件集成在柔性基板之上形成皮膚狀的電路，可以廣泛用于醫療和智能手環、元宇宙手套和智能家居比如床墊甚至腦機接口。目前機器人應用領域的柔性傳感器也被稱為電子皮膚，專指能夠通過接觸被測物體，能夠接觸物體的力量、溫度數值化，可以加載觸覺、視覺、聽覺、味覺和嗅覺功能。
人形機器人需要大量運用柔性電子技術。整個市場2021-2028年復合增長率達到6.8%，到2028年將會是一個84.7億美金的市場。
柔性傳感器開發從全球領先的Interlink公司深耕這個領域35年，主要是對動態力量感應，被應用于包括汽車機器人和醫療和消費電子，中國一家蘇州公司能斯達已經掌握了柔性壓阻、壓電、溫濕度和電容四大核心技術，不斷優化柔性感知 采集系統 人機交互，目前公司的“微納”傳感器在機器人領域有應用。
總的來說，機器人產業中很多產品的基礎研發周期較長，無論是波士頓動力還是中國的優必選，以及日本的豐田、本田都一直是長期深耕人形機器人，由于軟硬結合的技術難度和各個零部件設備復合協作的問題始終沒有突破，人形機器人到目前為止也只能完成一些簡單任務，經過漫長的六十年依然很難商業化，而且波士頓動力和優必選一直持續虧損，豐田和本田放棄了人形機器人的持續投入，是未來商業化的重擔落在特斯拉機器人身上，這不是一個短短兩三年就能看到成果的事情。
