Original 伊然研究员壹号 伊然研究
这一代人工智能以通用大模型为代表，主要功能是用自然语言的方式解决需求。我们不需要学习任何软件，也不需要了解实现过程如何调用插件，只要用自然语言提出需求就能得到满足，所以在协同办公、内容创作上很快体现出商业价值。
但要复制智能手机在移动互联网上的商业成功，人工智能就不能只靠优化人的工作效率，还必须有更加智能化的终端设备，以及颠覆性商业模式创新，所以市场预期转向具身智能，智能机器人延伸。
英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋日前也公开表示，人工智能的下一个浪潮将是“具身智能”（embodied AI），即能理解、推理并与物理世界互动的智能系统。智能机器人正是承载这个智能系统的实体。
具身智能三要素——
具身感知（Perception）：通过视觉、触觉等传感器交互感知，构建模型，形成可以被机器人使用的具身概念。
具身想象（Imagination）：构建仿真引擎，模拟具身任务，为机器人执行指令提供支撑。
具身执行（Execution）：基于计算机视觉、机器人学和计算机图形学，通过多模型训练，在多传感器合作下完成任务执行。
人工智能的不断升级迭代，已经拥有了逻辑推理链，发现了人脑尚未学习到的计算方式（比如Alpha GO对围棋暴力拆解），未来甚至可能会深入到人脑认知不能触及的领域，找到人脑尚未开发出来的认知框架，所以人工智能的发展不仅仅是提高效率的问题，而是用更高级更快的算法算计这个世界的能力。
从这个意思上看人工智能的下半场是大模型军备竞赛的下半场，是更全面实现智能和人机交互的下半场。
从商业的路径来看，人工智能渗透率将跟随人机互动程度而拓展，而特斯拉这次引发的人形机器人风口将是下半场的新方向。
2023年初第一次发布特斯拉机器人Optimus（擎天柱）特斯拉股价见底反弹，2023年5月展示了优化后的Optimus能够分辨和抓取复杂物品特斯拉走出反转，年内股价翻倍。表达了市场对人工智能发展方向的高度认可，今天我们就来分享人形机器人的产业链和相关机会。
机器人经历从低级到高级的三代发展历程。第一代机器人完全按照事先装入到存储器中 的程序步骤进行工作；第二代机器人则配备传感器，能够随环境变化来调整自身行为；第三代机器人具有感知交互和思维能力，能够自主处理复杂问题。
早在上个世纪70年代日本早稻田大学就开始研究和开发机器人，除特斯拉之外，波士顿动力和中国的优必选等长期投入机器人的公司，但一直无法实现批量商业落地，主要原因就是我们要满足智能化的关键技术没有突破，机器人在识别感知到有效执行之间仍有关键的路径没有完全走通。随着多模态大模型技术的兴起，模型参数高达万亿级别，具身智能的实现曙光初现。
机器人技术涉及软硬科学融合，对运动控制技术要求很高，需要机器人本体技术、人工智能技术、手眼协调、人机交互，还有同步定位和导航技术。人工智能方面包括视觉算法和语音能力、人机交互能力以及对环境的理解能力，短期来看运动控制软件和硬件之间的复合能力是人形机器人的核心痛点，表现为机器人动作僵硬反应迟钝，未来随着AI深度强化学习，仿真 AI大模型的应用，机器人的运动能力、步态控制是可以得到优化的。
2022年全球机器人市场规模513亿美元，2017-2022年CAGR达14%，其中工业机器人195亿美元，服务机器人217亿美元，特种机器人超100亿美元。我国服务机器人市场规模有望在 2023 年达到 751.8 亿元人民币，占全球服务机器人市场的一半。从预测数据看，服务机器人的增长空间比工业机器人大，毕竟服务机器人在相对更开放、更复杂的场景下工作，更需要智能的加持。目前服务机器人主要体现在导览机器人、配送机器人、和陪伴机器人三个领域，表现出人形特征更容易被市场接受。
机器人的商业价值是替代高昂的劳动力成本，国海证券做过测算：在欧洲最低时薪为12欧元，机器人一年工作300天换算为人工费用就是9.43万美元/年，如果特斯拉机器人能够降到2万美元，那么市场替代劳动力规模超过2231亿美元，和2022年的市场规模相比，增长十倍。根据Statistics Market Research Consulting的数据，到2027 年预计市场 规模将达到 141 亿美元，CAGR达58.5%。其中2027年中国的人形机器人市场有望达到23亿美元，CAGR达56.4%。
由于人形机器人的替代人工的场景较为广泛，多家公司已经下场开发。现在特斯拉机器人“擎天柱”可以完成浇花等简单家务，EVE机器人在ChatGPT的支持下可以在监狱和养老院提供安保服务，小米2022年8月推出了Cyber One人形机器人，小米机器人可识别85种环境声音和45类人类情感，面部的曲面OLED模块，可以显示实时交互信息。我国人形机器人龙头公司优必选也向港交所提交了招股说明书，优必选机器人的用途是在家庭场景和办公场景自由活动，进行服务，国内医疗康复领域还有一家——傅利叶智能机器人，在康复机器人领域的产品矩阵已经基本成型，包括上肢、下肢、运动与平衡以及物理治疗。
从机器人的性能和智能化水平来看，特斯拉人形机器人擎天柱Optimus仍然是行业内的标杆性产品，从基本参数配置看，Optimus包括装载自研芯片依托FSD（全自动驾驶）等技术，表现更加智能化，特斯拉人形机器人的核心是FSD智能系统，和自研的DI芯片加超级计算机Dojo。Dojo 架构拥有一个大规模计算平面，极高宽带和低延迟。作为 Dojo 架构的重要组成部分，D1 芯片采用 7 纳米制造 工艺，处理能力为每秒 1024 亿次。
由于每个D1芯片之间都是无缝连接在一起，相邻芯片之间的延迟极低，训练模块最大程度上实现了带宽的保 留，配合特斯拉自创的高带宽、低延迟的连接器，算力高达9PFLOPs（9000万亿次）。它的目的是替人类完成一些重复无聊的或者危险的工作。
中国能够加入人形机器人产业链供应的主要是硬件设备，中国已构建微特电机完整工业体系，产品占据全球超过70%的产量，其中无框电机达到国际先进水平。我在4月3日《工业机器人：龙头与新军》中分析了机器人需要的减速器、伺服系统和控制器三大核心零部件，当时文中涉及的相关公司五月六月都录得优异表现。
国内精密减速器和伺服器发展都比较快，主要是谐波减速器性能达到国际水平，而RV减速器、控制器也在奋力追赶。这次根据特斯拉机器人核心硬件成本构成部分，我们增加分析力矩传感器、滚柱丝杠、空心杯电机和柔性传感器。
机器人产业链
力矩传感器：为机器人提供触觉，用于监测、检测和记录施加在传感器上线性力和旋转力，是技术难度非常大的电子装置。一台高性能的力矩传感器顶得上国内一台协作机器人的价格，主要的技术难点在于要解决加工过程中的间隙误差和干扰，还有对所测的力量敏感度的问题，把运动过程中标定动态和静态，并在运动过程中不断实现算法和电路信号传输。目前高性能的力矩传感器在国内只有少部分企业参与，但基本上还是以欧洲和日本产品为主。
滚柱丝杠：特斯拉机器人用到行星滚柱丝杠。主要功能是完成方向性的运动控制。通过将螺旋运动和行星运动结合在一 起，将丝杠旋转运动转变为螺母直线运动，从而进行动力输出。行星滚柱丝杠以往产能主要集中于欧洲、美国等。舍弗勒集团于2022年收购Ewellix公司，其前身为SKF行星滚柱丝杠部门，并结合旗下传统高端行星滚柱丝杠品牌GSA，基本垄断国际高端行星滚柱丝杠市场。中国企业还在努力追赶过程中；
空心杯电机是机器人灵巧手的核心部件，在结构上突破了传统电机转子的结构形式。因为没有铁芯所以也叫空心杯转子，采用无铁芯转子减少了转子自身的机械能损耗，具备铁芯电机无法达到的控制和拖动的特性。空心杯电机具有响应快、运行稳定可靠、转速波动较小的特点，从工业控制到军工、机器人和高端机床，空心杯电机应用非常广泛，特斯拉人形机器人的手部应该是空心杯电机 驱动装置 传统装置构成。
德国和瑞士两家空心杯电机 齿轮箱 编码器集成的公司每年销售规模可达32亿欧元，可见市场空间非常大，国内有两家上市公司从事这方面的开发和生产，但由于生产方式还比较落后，在产品寿命和精度方面存在劣势。
柔性传感器：是采用了柔性基板，本质上是一种薄膜，然后各种电子元器件集成在柔性基板之上形成皮肤状的电路，可以广泛用于医疗和智能手环、元宇宙手套和智能家居比如床垫甚至脑机接口。目前机器人应用领域的柔性传感器也被称为电子皮肤，专指能够通过接触被测物体，能够接触物体的力量、温度数值化，可以加载触觉、视觉、听觉、味觉和嗅觉功能。
人形机器人需要大量运用柔性电子技术。整个市场2021-2028年复合增长率达到6.8%，到2028年将会是一个84.7亿美金的市场。
柔性传感器开发从全球领先的Interlink公司深耕这个领域35年，主要是对动态力量感应，被应用于包括汽车机器人和医疗和消费电子，中国一家苏州公司能斯达已经掌握了柔性压阻、压电、温湿度和电容四大核心技术，不断优化柔性感知 采集系统 人机交互，目前公司的“微纳”传感器在机器人领域有应用。
总的来说，机器人产业中很多产品的基础研发周期较长，无论是波士顿动力还是中国的优必选，以及日本的丰田、本田都一直是长期深耕人形机器人，由于软硬结合的技术难度和各个零部件设备复合协作的问题始终没有突破，人形机器人到目前为止也只能完成一些简单任务，经过漫长的六十年依然很难商业化，而且波士顿动力和优必选一直持续亏损，丰田和本田放弃了人形机器人的持续投入，是未来商业化的重担落在特斯拉机器人身上，这不是一个短短两三年就能看到成果的事情。
