機器人前瞻（公眾號：robot_pro）
作者?|??許麗思
編輯?|??漠影
在靈巧手(shou)領域(yu)的一眾資深玩家(jia)里，星際光(guang)年(nian)作為剛嶄(zhan)露頭角的新銳角色，顯(xian)得有些特(te)別。
星際光年創始人兼CEO位德浩是一位95后，本科畢業(ye)(ye)于哈爾濱工(gong)業(ye)(ye)大學，研究生(sheng)畢業(ye)(ye)于清華大學，曾進入小米(mi)人(ren)(ren)(ren)形機器(qi)人(ren)(ren)(ren)研發(fa)中(zhong)心，負責小米(mi)第(di)二代(dai)人(ren)(ren)(ren)形機器(qi)人(ren)(ren)(ren)“鐵大”的(de)靈巧手研發(fa)工(gong)作，也加入過(guo)字節跳動的(de)人(ren)(ren)(ren)工(gong)智能實(shi)驗室，擔(dan)任機器(qi)人(ren)(ren)(ren)學習算法工(gong)程師。
當具身智能風頭正盛，他判斷五指靈巧手是機器人破局的關鍵，并于去年8月創辦星際光年，邀請香港大學羅(luo)平(ping)教授擔任首席科學家。
位德浩將公司命名為“星(xing)(xing)(xing)際光年(nian)”，他解釋道：“小時(shi)候看過一(yi)部(bu)關于巴斯(si)光年(nian)的電影，它始終在(zai)探(tan)索(suo)星(xing)(xing)(xing)際；如今我們正在(zai)探(tan)索(suo)具身智能的星(xing)(xing)(xing)辰大(da)海，所以取名‘星(xing)(xing)(xing)際光年(nian)’，希望能像巴斯(si)光年(nian)一(yi)樣勇(yong)敢探(tan)索(suo)未知。”
在他看來，靈巧手從來(lai)不是(shi)一個單純的硬件，而是(shi)被AI算法定義(yi)的硬件。星際(ji)光年的(de)靈(ling)巧手產品采用的(de)是繩(sheng)驅(qu)方案(an)，目(mu)前，國(guo)內(nei)采用繩(sheng)驅(qu)方案(an)的(de)靈(ling)巧手企(qi)業(ye)極少，國(guo)外采用該方案(an)的(de)代表(biao)企(qi)業(ye)是特斯拉(la)和Shadow?Robot。
長期(qi)來看，位德浩希望公司(si)能(neng)成(cheng)長為專注于通用具身智(zhi)能(neng)操作(zuo)的企業，能(neng)夠搭建起從靈巧手硬件到數據采集、再到靈巧操作(zuo)小腦模型的完整閉環體系(xi)。
今(jin)年(nian)(nian)5月(yue)，星際光年(nian)(nian)連續完成數千萬天(tian)(tian)(tian)使(shi)輪和天(tian)(tian)(tian)使(shi)+輪融資(zi)(zi)，天(tian)(tian)(tian)使(shi)輪由峰瑞資(zi)(zi)本(ben)領投，嘉程(cheng)資(zi)(zi)本(ben)跟投，天(tian)(tian)(tian)使(shi)+輪由云時資(zi)(zi)本(ben)領投，水(shui)木清(qing)華校友種(zhong)子基金跟投。
▲星際光(guang)年創始人兼CEO?位德(de)浩
一、從小米、字節機器人工程師，到入局靈巧手創業
位(wei)德浩的技術生(sheng)涯始(shi)于哈爾濱工(gong)業大(da)學。2018年(nian)起，他加入機器人(ren)國家重點實(shi)驗(yan)室，面向工(gong)程化應(ying)用(yong)場景(jing)開展研發，主導過手術機器人(ren)、外骨骼機器人(ren)等偏向實(shi)際應(ying)用(yong)的項(xiang)目。
2020年(nian)，在香(xiang)港中(zhong)文(wen)大學的天石機器人(ren)研究所(suo)擔任研究助理期間，他開始研究基(ji)于(yu)形(xing)狀記憶合金的機器人(ren)，由(you)此正式轉向靈巧(qiao)手領域的探索。
在清(qing)華大學(xue)讀研期(qi)間，位(wei)德浩從0到1搭建(jian)起(qi)了一個20自由度的(de)繩(sheng)驅(qu)靈巧手，涵蓋結構、硬件、控制到算(suan)(suan)法，之后基(ji)于這個靈巧手開展了強化學(xue)習(xi)和模(mo)仿學(xue)習(xi)算(suan)(suan)法方面的(de)研究，逐步成為(wei)靈巧手領域的(de)全棧工程師。
與此同時，他還在小米(mi)人形機器人研(yan)發中心擔任實習算法工程師，參與了小(xiao)米第二代(dai)人形(xing)機器(qi)人“鐵大”的(de)(de)(de)研發，主要(yao)負責基于靈巧(qiao)手的(de)(de)(de)操(cao)作算法、遙操(cao)作系(xi)統的(de)(de)(de)研發工作，還(huan)做了一個(ge)靈巧(qiao)操(cao)作的(de)(de)(de)“real to sim to real”數(shu)據(ju)采集(ji)系(xi)統，并在小米汽車的(de)(de)(de)工業場景里進行產品(pin)的(de)(de)(de)應用驗(yan)證(zheng)。
2023年從清華大學畢業后，位德浩加入字節跳動的人工智能(neng)實驗室，負(fu)責機器(qi)人操作(zuo)大模(mo)型的(de)(de)研發工作(zuo)。但在(zai)工作(zuo)中，他發現，當時采用(yong)的(de)(de)兩指夾爪操作(zuo)方(fang)案存在(zai)顯著(zhu)局限(xian)：兩指夾爪執行(xing)的(de)(de)最常見任務是Pick and Place，隨著(zhu)應用(yong)場景的(de)(de)不同，可能會出現抓握能力弱，數據采集效率低(di)等(deng)問題。
而五(wu)(wu)指(zhi)靈(ling)巧(qiao)手與人類手部高度仿生，可直接(jie)遷移人手操(cao)作數(shu)據(ju)。并且從抓握能(neng)力(li)上(shang)看，兩(liang)指(zhi)夾爪僅兩(liang)點(dian)接(jie)觸，只有多點(dian)接(jie)觸才(cai)(cai)能(neng)實現穩定(ding)抓取(qu)和操(cao)作。從技術演進路徑判斷，他(ta)認(ren)為兩(liang)指(zhi)夾爪在算法上(shang)已經窮途末路，五(wu)(wu)指(zhi)靈(ling)巧(qiao)手才(cai)(cai)是破局關鍵。
正是這個時候，具身智能風頭正盛，位德浩決定入局靈巧手創業。有創業想法后，他找到了過去長期并肩作戰參加過各種智能機器人大賽、在技術研發和項目協作上很有默契的同學，還(huan)邀請(qing)了香港大學(xue)的羅平(ping)教(jiao)授擔(dan)任公司的首(shou)席科(ke)學(xue)家。
羅平是位德浩的(de)師兄的(de)老(lao)師，兩人早(zao)期(qi)就在機器人領域有過交流(liu)合(he)作，位德浩之(zhi)前還被羅平邀請到香港大學的(de)實驗室(shi)指導靈巧手設計。
▲左為星際光年創始人(ren)位德浩，右位首席(xi)科(ke)學(xue)家羅平
學(xue)院派出身的(de)(de)團(tuan)隊，雖然沉淀了一定(ding)的(de)(de)技(ji)術(shu)研發能力，但也存在一定(ding)不足。位德(de)浩坦言(yan)，成員基本上都(dou)是剛(gang)畢業或畢業不久，可以(yi)說是國內(nei)最(zui)年(nian)輕的(de)(de)靈巧(qiao)手團(tuan)隊。創業初期，團(tuan)隊因供(gong)應鏈管理經驗匱乏，在產品定(ding)義和工藝選擇上走(zou)了不少彎路。
之(zhi)后，創始成員(yuan)花了(le)許多(duo)時間通過(guo)各種渠道(dao)搭(da)建團(tuan)隊，組建了(le)從結構、機械(xie)到嵌(qian)入(ru)式硬件和軟件、運控以及算(suan)法的(de)全棧(zhan)團(tuan)隊，才(cai)順利把產品做出來。
從大廠工(gong)程(cheng)師(shi)到(dao)創業者，位(wei)德(de)浩(hao)也談及自己初期更(geng)多從事技術工(gong)作，但后來意識(shi)到(dao)，如果只(zhi)做技術而缺乏全(quan)局規(gui)劃，無疑是對團隊資源的浪費，需要(yao)將更(geng)多精力(li)轉向公(gong)司(si)戰(zhan)略規(gui)劃和組織(zhi)管(guan)理上。
二、靈巧手由AI算法定義，已推出20自由度的繩驅靈巧手
在位(wei)德浩(hao)看(kan)來(lai)(lai)，靈巧手從來(lai)(lai)不是(shi)一(yi)個單(dan)純的(de)硬件(jian)，而是(shi)被AI算法定(ding)義(yi)的(de)硬件(jian)。
星際光年的靈(ling)巧手產品采用的是(shi)繩驅(qu)方案，這一方案早在2000年就有團隊進行嘗(chang)試，但(dan)當時受制(zhi)于算法(fa)能力(li)難(nan)以(yi)落地(di)。“在強化學習或模仿學習出(chu)現前，靈(ling)巧手很少被業界提及。因為靈(ling)巧手本(ben)質上是(shi)一個(ge)具有20多個(ge)自由(you)度(du)(du)的機械(xie)臂，這么高自由(you)度(du)(du)的機械(xie)臂無法(fa)通過傳統(tong)控制(zhi)算法(fa)來操(cao)作。”位德浩(hao)說。
直到2018年，OpenAI發表《Learning Dexterous In-Hand Manipulation》一文，用強化(hua)學(xue)習控制靈(ling)巧手(shou)(shou)完成轉魔方的動作，業界才意識到：精細化(hua)操(cao)(cao)作必(bi)須依(yi)賴AI，傳統算法難(nan)以實(shi)現(xian)。靈(ling)巧手(shou)(shou)必(bi)須依(yi)賴強化(hua)學(xue)習或模仿學(xue)習，否則不僅無法實(shi)現(xian)靈(ling)巧手(shou)(shou)的精準操(cao)(cao)控，甚至(zhi)難(nan)以完成其基礎功(gong)能設計。
位德浩(hao)介紹，選擇(ze)繩(sheng)驅方案(an)是因其對(dui)靈巧(qiao)(qiao)手而言潛力最大。通過電機外(wai)置設(she)計，繩(sheng)驅方案(an)能在結構上解(jie)決靈巧(qiao)(qiao)手尺寸、自由度、負載、速度的“不(bu)可能四角”的問題，同時(shi)這四個方面做到極(ji)高水平，接近人手性能，這是其他(ta)方案(an)無法(fa)實現的。
而針對繩驅方案(an)可(ke)能存在(zai)可(ke)靠性低、壽命短的問(wen)題，團隊從三(san)方面優(you)化：一是采(cai)用自研復合材(cai)料繩索(suo)，具備優(you)異的抗斷裂(lie)和耐摩(mo)擦特性；二是優(you)化結(jie)構設計，減少繩索(suo)摩(mo)擦，延長壽命；三(san)是通過運動控制算法降低繩索(suo)蠕(ru)變影響(xiang)，實現自動張緊(jin)，提升可(ke)靠性。
目(mu)前，星(xing)際光(guang)年已推出兩款全棧自研的核心(xin)產品(pin)：
第一款是輕羽15 Pantheon Hand 01，擁有輕量化(hua)+高(gao)自由度+超強性(xing)能+模塊化(hua)易維護的特性(xing)，具備20個自由度（15個主動自由度），速(su)度達2赫茲，指尖負載(zai)4公(gong)斤，重量僅350克。
團隊在輕羽15全手上布置了超過45個自研的傳感器，可以實時精準感知每個關節和電機的運動狀態，結合自研的機器人柔性并聯繩驅的運動控制算法，使其實(shi)現了(le)全球最高單指(zhi)重復定位精度0.14mm。
▲輕羽15 Pantheon Hand?01
第二款是基于微型關節模組的GAIA Hand，其設計理念(nian)是(shi)讓用戶像搭樂高一樣組(zu)裝靈巧手。團(tuan)將靈巧手的旋轉關節(jie)做(zuo)成了關節(jie)模組(zu)，集(ji)成電機、減速器、編(bian)碼器、驅動器于一體(ti)。
用(yong)戶能用(yong)該模(mo)組(zu)自(zi)由(you)搭(da)建(jian)兩指(zhi)、三(san)指(zhi)、五指(zhi)等不同的靈(ling)(ling)巧(qiao)手。另外，團隊已經在開源網站acosmos.cn公(gong)開了(le)基于(yu)微型關節模(mo)組(zu)的靈(ling)(ling)巧(qiao)手搭(da)建(jian)方案，幫助用(yong)戶組(zu)裝屬于(yu)自(zi)己(ji)的靈(ling)(ling)巧(qiao)手。
▲開源(yuan)靈巧手GAIA Hand
三、降低產品BOM成本至萬元級，計劃半年出貨千支靈巧手
當前，靈巧(qiao)手領域不缺高自由(you)(you)度(du)、速(su)度(du)快的(de)(de)(de)(de)產品(pin)，而是缺綜合性能更(geng)優(you)的(de)(de)(de)(de)產品(pin)。具(ju)體來說，硬件(jian)層面的(de)(de)(de)(de)核(he)心卡點(dian)在于，業內尚未能研發出與人類(lei)手部體積(ji)相當，且同時具(ju)備一(yi)樣自由(you)(you)度(du)、速(su)度(du)和負載(zai)等參(can)數的(de)(de)(de)(de)靈巧(qiao)手。尤其在靈巧(qiao)操作的(de)(de)(de)(de)運動控制算法上，還有待進一(yi)步的(de)(de)(de)(de)提升(sheng)。
位德浩談道，運(yun)動控制算法是當前(qian)絕大多數靈(ling)巧手(shou)公司的短板。尤其對(dui)于繩(sheng)驅(qu)靈(ling)巧手(shou)，在1根(gen)手(shou)指上布置3-4個自由度(du)(du)、整手(shou)20個自由度(du)(du)，需要對(dui)繩(sheng)索(suo)驅(qu)動(dong)結構(gou)進行(xing)多自由度(du)(du)運動(dong)解耦和精密(mi)位置控(kong)制，難度(du)(du)極大。
團隊探索了全新的算法路線，通過自研并聯繩驅柔性機器人控制算法及繩索自動張緊算法，提升了控制精度。同樣采用繩驅方案，相較于 Shadow Hand 高達百萬級的價格，星際光年的產品將BOM做到了萬元級。
另外，他還提到，靈(ling)巧(qiao)(qiao)手的自由度并非(fei)越高越好：過高會增加控制(zhi)成(cheng)(cheng)本(ben)，過低(di)則靈(ling)巧(qiao)(qiao)性不足，且與(yu)人(ren)手自由度不一致會導(dao)致數據遷移有問題。所以(yi)，團隊堅持靈(ling)巧(qiao)(qiao)手應該與(yu)人(ren)手自由度完(wan)全一致，才能在(zai)數據遷移、成(cheng)(cheng)本(ben)控制(zhi)和操作靈(ling)巧(qiao)(qiao)性之間達(da)成(cheng)(cheng)綜合最(zui)優解。
目前，星際光(guang)年的產品已在國內多家人(ren)形(xing)機器人(ren)廠商(shang)、數據(ju)采(cai)集中心、高校科研(yan)團隊(dui)及極客群體的工(gong)業(ye)、商(shang)業(ye)和科研(yan)場景中應(ying)用。
預計半年左(zuo)右(you)，星際光年有(you)望出貨千(qian)支(zhi)靈(ling)巧(qiao)手產品(pin)，成為業內突(tu)破(po)(po)千(qian)支(zhi)出貨量(liang)耗時最(zui)短的(de)公司。未來兩年，團隊將(jiang)聚焦(jiao)繩驅靈(ling)巧(qiao)手性(xing)能突(tu)破(po)(po)，致力(li)于打造(zao)綜合性(xing)能最(zui)接近人(ren)手的(de)產品(pin)。
結語：頭部機器人廠商加碼靈巧手自研，但三方公司仍有窗口期
去年開始(shi)，多家國內外頭部人(ren)(ren)形(xing)機器人(ren)(ren)廠商(shang)都加碼靈(ling)巧手自研(yan)，印證(zheng)了(le)靈(ling)巧手作為(wei)具身智能”核心(xin)三大件”（靈(ling)巧手、數據、算(suan)法）的(de)戰略地位。
但位德浩覺得，靈巧手(shou)研發難度(du)極大、耗時久，涉及材料、機械、結構、微機電系統(tong)、運控(kong)、算法(fa)等多(duo)領域整(zheng)合(he)，工程量占整(zheng)機50%，這為專攻靈巧手(shou)的公(gong)司(si)提供了窗口期。
當(dang)前還(huan)有(you)不(bu)少人(ren)形機器人(ren)公司還(huan)在(zai)糾(jiu)結(jie)是(shi)否自研(yan)，會有(you)一(yi)定“自研(yan)VS三方(fang)”的混沌期。“預(yu)計再過(guo)1-2年(nian)，那個時候靈巧手技術已經非常(chang)成(cheng)熟，人(ren)形機器人(ren)廠(chang)商(shang)就沒有(you)太大的必(bi)要(yao)去(qu)選擇自研(yan)了，未來會逐步(bu)以非自研(yan)為主。”他說。
