機器人前瞻（公眾號：robot_pro）
作者?|??許麗思
編輯?|??漠影
在(zai)靈巧手領域(yu)的(de)一(yi)眾資深玩家(jia)里，星(xing)際光年作為剛嶄露頭(tou)角(jiao)的(de)新銳角(jiao)色，顯得(de)有些(xie)特別。
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(ha)爾濱工(gong)(gong)業(ye)(ye)大學，研究生畢業(ye)(ye)于清(qing)華大學，曾進入(ru)小(xiao)米人(ren)(ren)(ren)形機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)研發(fa)(fa)中心，負(fu)責(ze)小(xiao)米第(di)二代人(ren)(ren)(ren)形機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)“鐵大”的(de)靈巧手研發(fa)(fa)工(gong)(gong)作，也加入(ru)過字節跳動的(de)人(ren)(ren)(ren)工(gong)(gong)智能(neng)實(shi)驗室，擔任(ren)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)學習算(suan)法工(gong)(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(gang)大學羅(luo)平教授(shou)擔任首席科學家。
位德浩將公(gong)司命名為“星(xing)際(ji)光(guang)年(nian)”，他解(jie)釋道：“小時候看(kan)過一(yi)部關(guan)于(yu)巴(ba)斯光(guang)年(nian)的(de)電影，它始(shi)終在探(tan)索星(xing)際(ji)；如(ru)今我們(men)正(zheng)在探(tan)索具身(shen)智能的(de)星(xing)辰大海，所以取名‘星(xing)際(ji)光(guang)年(nian)’，希望能像巴(ba)斯光(guang)年(nian)一(yi)樣勇敢探(tan)索未知(zhi)。”
在他看來，靈巧(qiao)手從來不是一個單純(chun)的硬(ying)件，而是被AI算法定義的硬(ying)件。星際光年的(de)(de)靈巧(qiao)手(shou)產品采用(yong)的(de)(de)是繩驅(qu)方(fang)案，目前(qian)，國(guo)內采用(yong)繩驅(qu)方(fang)案的(de)(de)靈巧(qiao)手(shou)企(qi)業極少，國(guo)外采用(yong)該方(fang)案的(de)(de)代表企(qi)業是特(te)斯拉和Shadow?Robot。
長期來看，位德浩(hao)希望公司能(neng)成長為專注于通用(yong)具(ju)身智能(neng)操作(zuo)的(de)企業，能(neng)夠(gou)搭建起從靈(ling)(ling)巧手硬件到(dao)數據(ju)采集、再到(dao)靈(ling)(ling)巧操作(zuo)小腦(nao)模型的(de)完整(zheng)閉環(huan)體系(xi)。
今年5月，星際光年連續完成數千萬天(tian)(tian)使輪(lun)(lun)和天(tian)(tian)使+輪(lun)(lun)融資(zi)，天(tian)(tian)使輪(lun)(lun)由峰瑞資(zi)本(ben)(ben)領投(tou)，嘉程資(zi)本(ben)(ben)跟投(tou)，天(tian)(tian)使+輪(lun)(lun)由云時資(zi)本(ben)(ben)領投(tou)，水木(mu)清華(hua)校友種子基(ji)金跟投(tou)。
▲星際光年創(chuang)始人兼(jian)CEO?位(wei)德浩
一、從小米、字節機器人工程師，到入局靈巧手創業
位德浩(hao)的技術(shu)生涯始于哈(ha)爾濱(bin)工(gong)業大(da)學。2018年(nian)起，他加入機(ji)器(qi)(qi)人國家(jia)重點實(shi)驗室，面向工(gong)程化應用場景開展研發，主導過手術(shu)機(ji)器(qi)(qi)人、外(wai)骨骼機(ji)器(qi)(qi)人等偏向實(shi)際應用的項目。
2020年，在香港(gang)中文大(da)學(xue)的(de)(de)天石機器人研究(jiu)所擔任研究(jiu)助理期間，他開始研究(jiu)基于形(xing)狀記憶合金(jin)的(de)(de)機器人，由此正式轉向靈巧手領域的(de)(de)探索。
在清華大學讀研(yan)期(qi)間，位德浩從0到1搭(da)建起了一個20自由度的(de)繩(sheng)驅靈巧(qiao)手，涵蓋結(jie)構、硬件、控制到算法，之后基(ji)于這個靈巧(qiao)手開(kai)展了強化學習(xi)(xi)和模仿(fang)學習(xi)(xi)算法方面(mian)的(de)研(yan)究，逐步成為(wei)靈巧(qiao)手領域(yu)的(de)全棧工程師(shi)。
與此同時，他還在小米人形機(ji)器人研發(fa)中心(xin)擔任實習算法工程師，參與了小米第二代人形機器(qi)人“鐵大”的(de)(de)研發(fa)，主要(yao)負(fu)責基(ji)于靈(ling)巧手的(de)(de)操(cao)作算法、遙操(cao)作系(xi)統的(de)(de)研發(fa)工作，還(huan)做了一個靈(ling)巧操(cao)作的(de)(de)“real to sim to real”數據采集(ji)系(xi)統，并在(zai)小米汽車的(de)(de)工業場景里進行產品(pin)的(de)(de)應用(yong)驗證。
2023年從清華大學畢業后，位德浩加入字節跳動(dong)的人(ren)工智能實驗室，負責(ze)機器人操作大(da)模型的(de)研發工作。但在(zai)工作中，他發現(xian)，當時(shi)采用的(de)兩(liang)指(zhi)夾爪操作方案(an)存在(zai)顯(xian)著(zhu)局限：兩(liang)指(zhi)夾爪執行(xing)的(de)最常(chang)見任務(wu)是Pick and Place，隨著(zhu)應用場景的(de)不同，可能(neng)會出現(xian)抓握能(neng)力弱，數據(ju)采集效率低等問題。
而五(wu)指(zhi)靈巧(qiao)手(shou)與人類手(shou)部高度仿生，可(ke)直接(jie)(jie)遷移人手(shou)操(cao)作數據。并且從(cong)抓握能力上看，兩指(zhi)夾爪僅兩點接(jie)(jie)觸，只(zhi)有(you)多點接(jie)(jie)觸才能實現穩定抓取和操(cao)作。從(cong)技術演進路(lu)(lu)徑判斷，他認為(wei)兩指(zhi)夾爪在算法上已經窮途末路(lu)(lu)，五(wu)指(zhi)靈巧(qiao)手(shou)才是破局關鍵。
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，還邀請了香港大(da)學的(de)羅平教授擔任(ren)公司的(de)首席科學家。
羅平是位德(de)浩的(de)師(shi)兄的(de)老師(shi)，兩人(ren)早期就在機器人(ren)領域有(you)過交(jiao)流合作，位德(de)浩之前(qian)還被羅平邀請到香港大學的(de)實(shi)驗室指導靈(ling)巧(qiao)手(shou)設計(ji)。
▲左為星際光年(nian)創始人位(wei)德浩，右(you)位(wei)首席科(ke)學家羅(luo)平(ping)
學院派出(chu)身的(de)(de)團隊，雖然沉淀了(le)一定(ding)的(de)(de)技術(shu)研發能力，但也存在一定(ding)不足(zu)。位(wei)德(de)浩坦(tan)言(yan)，成員(yuan)基本(ben)上(shang)都是剛畢業或畢業不久，可(ke)以說(shuo)是國內最年輕的(de)(de)靈巧手(shou)團隊。創業初期(qi)，團隊因供應鏈(lian)管(guan)理經驗匱乏，在產品定(ding)義(yi)和(he)工藝選(xuan)擇(ze)上(shang)走了(le)不少(shao)彎路。
之后，創始成(cheng)員花了(le)許(xu)多時間通(tong)過各種(zhong)渠道搭建(jian)團(tuan)隊，組建(jian)了(le)從結構、機械到(dao)嵌(qian)入式(shi)硬(ying)件和軟件、運控(kong)以及(ji)算法(fa)的全(quan)棧團(tuan)隊，才順(shun)利把產(chan)品做出來。
從(cong)大廠(chang)工(gong)程(cheng)師到創業(ye)者，位德浩也談及(ji)自己初期更多從(cong)事技(ji)(ji)術工(gong)作，但后來意識到，如果只(zhi)做技(ji)(ji)術而缺乏全局規劃(hua)，無疑是(shi)對(dui)團隊資源的浪費，需要將更多精(jing)力轉向公(gong)司戰略規劃(hua)和(he)組(zu)織(zhi)管理(li)上。
二、靈巧手由AI算法定義，已推出20自由度的繩驅靈巧手
在位德浩(hao)看(kan)來，靈(ling)巧手從來不是一(yi)個單純(chun)的(de)(de)硬件，而是被AI算法(fa)定(ding)義的(de)(de)硬件。
星際光年(nian)的靈巧(qiao)手產品采用的是繩(sheng)驅方(fang)案(an)，這一方(fang)案(an)早(zao)在2000年(nian)就(jiu)有團隊(dui)進行嘗(chang)試(shi)，但當(dang)時受制(zhi)于算(suan)法能力難以(yi)落地。“在強化學習或(huo)模(mo)仿學習出現前，靈巧(qiao)手很少被業界提及。因(yin)為(wei)靈巧(qiao)手本質上是一個(ge)具有20多個(ge)自由(you)度(du)(du)的機械臂，這么高自由(you)度(du)(du)的機械臂無法通過傳統(tong)控制(zhi)算(suan)法來操作。”位德浩說。
直到2018年，OpenAI發表《Learning Dexterous In-Hand Manipulation》一文，用強化(hua)學習(xi)控(kong)制靈巧手完成轉魔方的動作，業界(jie)才意識到：精(jing)(jing)細化(hua)操(cao)作必須(xu)依賴(lai)AI，傳(chuan)統算法(fa)難以實現。靈巧手必須(xu)依賴(lai)強化(hua)學習(xi)或模仿學習(xi)，否則不僅無法(fa)實現靈巧手的精(jing)(jing)準操(cao)控(kong)，甚至(zhi)難以完成其基礎功能設計。
位德浩介(jie)紹，選擇(ze)繩驅方案是(shi)因其對靈巧(qiao)手而言潛力(li)最大。通(tong)過電機外置設計，繩驅方案能(neng)在結構上解(jie)決靈巧(qiao)手尺寸、自由度(du)、負載、速度(du)的(de)“不可(ke)能(neng)四(si)角”的(de)問(wen)題，同時這四(si)個方面(mian)做到極高(gao)水平，接近人手性能(neng)，這是(shi)其他方案無法實現的(de)。
而(er)針(zhen)對繩(sheng)(sheng)驅方案可能存(cun)在可靠性(xing)(xing)低、壽命短的問題，團(tuan)隊從三方面(mian)優(you)(you)化(hua)：一是采用自(zi)研復合材(cai)料(liao)繩(sheng)(sheng)索，具備優(you)(you)異(yi)的抗斷(duan)裂和(he)耐摩擦特性(xing)(xing)；二(er)是優(you)(you)化(hua)結構設計，減少繩(sheng)(sheng)索摩擦，延長壽命；三是通過運動(dong)控制算(suan)法(fa)降低繩(sheng)(sheng)索蠕變影響(xiang)，實現自(zi)動(dong)張緊，提升可靠性(xing)(xing)。
目前，星際光年已推(tui)出兩款全(quan)棧(zhan)自(zi)研的核心(xin)產品：
第一款是輕羽15 Pantheon Hand 01，擁有輕量化(hua)+高(gao)自由度+超(chao)強性能+模塊化(hua)易維(wei)護的特性，具備20個自由度（15個主(zhu)動自由度），速度達2赫茲，指尖負(fu)載4公斤，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，使其實現了(le)全(quan)球最高(gao)單指重復定位精度(du)0.14mm。
▲輕(qing)羽15 Pantheon Hand?01
第二款是基于微型關節模組的GAIA Hand，其設計(ji)理念(nian)是(shi)讓用戶像搭(da)樂高一(yi)樣組裝靈(ling)巧(qiao)手(shou)。團將(jiang)靈(ling)巧(qiao)手(shou)的旋(xuan)轉關節做成了關節模(mo)組，集(ji)成電(dian)機(ji)、減速(su)器(qi)、編碼器(qi)、驅動器(qi)于一(yi)體。
用(yong)戶(hu)能用(yong)該模(mo)組(zu)自由搭建(jian)兩指(zhi)、三指(zhi)、五指(zhi)等不同的(de)靈(ling)巧(qiao)(qiao)手(shou)。另外，團隊已經在開源網站(zhan)acosmos.cn公開了基(ji)于微型(xing)關節(jie)模(mo)組(zu)的(de)靈(ling)巧(qiao)(qiao)手(shou)搭建(jian)方案，幫助用(yong)戶(hu)組(zu)裝屬于自己(ji)的(de)靈(ling)巧(qiao)(qiao)手(shou)。
▲開(kai)源(yuan)靈巧手(shou)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(bu)缺(que)高自(zi)由(you)度(du)、速度(du)快的(de)(de)產(chan)品(pin)，而是缺(que)綜(zong)合性能更優(you)的(de)(de)產(chan)品(pin)。具體(ti)來說，硬件層面的(de)(de)核心卡(ka)點在于，業內尚未(wei)能研發出與人類手部體(ti)積相當，且同(tong)時具備一(yi)樣自(zi)由(you)度(du)、速度(du)和負(fu)載等參數(shu)的(de)(de)靈巧(qiao)手。尤其(qi)在靈巧(qiao)操作的(de)(de)運(yun)動控(kong)制算法上，還有待進(jin)一(yi)步(bu)的(de)(de)提升(sheng)。
位德浩談道，運動控(kong)制(zhi)算法是當前絕大多(duo)數靈巧手(shou)(shou)公司(si)的短(duan)板(ban)。尤其對于繩(sheng)驅靈巧手(shou)(shou)，在1根手(shou)(shou)指上(shang)布置3-4個(ge)自由(you)度(du)、整手(shou)(shou)20個(ge)自由(you)度(du)，需要對繩(sheng)索驅動(dong)結構進行多(duo)自由(you)度(du)運動(dong)解耦和精密(mi)位(wei)置控制，難(nan)度(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(huan)提到，靈(ling)巧(qiao)(qiao)手(shou)的自由度并非越高越好：過高會增加控(kong)制成(cheng)本(ben)，過低則靈(ling)巧(qiao)(qiao)性不足(zu)，且與(yu)人(ren)手(shou)自由度不一(yi)致(zhi)會導(dao)致(zhi)數據遷移有問題。所以(yi)，團隊堅(jian)持靈(ling)巧(qiao)(qiao)手(shou)應該與(yu)人(ren)手(shou)自由度完全一(yi)致(zhi)，才能(neng)在數據遷移、成(cheng)本(ben)控(kong)制和操作靈(ling)巧(qiao)(qiao)性之間達(da)成(cheng)綜合最優解(jie)。
目前(qian)，星際光年的產品已(yi)在(zai)國內多家(jia)人形(xing)機器人廠商(shang)、數據采集中心(xin)、高校科(ke)研團(tuan)隊及極客群體的工(gong)業(ye)、商(shang)業(ye)和科(ke)研場景中應用(yong)。
預(yu)計(ji)半年左右，星(xing)際光年有望(wang)出貨(huo)千(qian)支靈巧手(shou)產品，成為(wei)業內突破千(qian)支出貨(huo)量耗時(shi)最(zui)短(duan)的(de)公司。未(wei)來兩年，團隊將(jiang)聚焦繩(sheng)驅靈巧手(shou)性能突破，致(zhi)力于(yu)打造綜合性能最(zui)接近人手(shou)的(de)產品。
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，多(duo)家國內外(wai)頭(tou)部人形機器人廠(chang)商(shang)都加碼靈巧手(shou)(shou)自研，印(yin)證了靈巧手(shou)(shou)作為具身智能”核心(xin)三大件”（靈巧手(shou)(shou)、數據、算法）的戰略地位。
但位德浩覺得，靈巧手研(yan)發難(nan)度極(ji)大、耗時久，涉及材料、機械、結(jie)構、微機電系統、運(yun)控、算法等多領域整合，工程量占(zhan)整機50%，這為專(zhuan)攻(gong)靈巧手的公司提供了窗(chuang)口期。
當(dang)前還有不(bu)少人(ren)形(xing)機器人(ren)公司還在糾(jiu)結是否自研，會有一定(ding)“自研VS三方”的(de)混沌期。“預計(ji)再過1-2年(nian)，那(nei)個時候(hou)靈巧手技(ji)術(shu)已(yi)經非(fei)常成熟，人(ren)形(xing)機器人(ren)廠商就沒有太大的(de)必要去選擇自研了，未來會逐步以非(fei)自研為主。”他說。
