人工智能“下一浪潮”具身智能产业迎上升机遇

发布时间: 2024-03-02 06:38:25   作者: 新闻资讯

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  随着AI大模型、人形机器人的持续火热,具身智能作为AI研究中的一个新兴领域,热度迅速攀升,有望成为AI的下一浪潮。

  “第一人称”打造AI先锋。具身智能是指一种具备自主决策和行动能力的机器智能,它可以像人类一样感知和理解环境,通过自主学习和适应性行为来达成目标,是一种新型智能形态,可简单理解为人工智能(GPT等)+物理实体(包括人型机器人、飞行器等等)。传统AI是以“第三人称”视角进行学习,无法对真实世界的变化作出反映,存在局限性。而具身智能则是以“第一人称”视角来主动感知与学习物理世界,更侧重关注智能体与环境的“交互”,智能由脑、身体与环境协同影响,能够更好地适应复杂、不确定的环境,拟人化、智能化水平更高。

  人工智能三大学派——符号主义、联结主义、行为主义。20世纪50年代达特茅斯会议的召开标志着人工智能正式诞生。行业发展早期,人们对人工智能技术的研究集中在以表征为核心的符号主义,但在实际应用中,符号主义的局限性逐渐暴露出来,并催生了以人工神经网络为核心的联结主义。但联结主义也未能从根本上解决智能体与物理世界“交互”的难题,由此以具身智能为代表的行为主义在20世纪末开始登上了历史舞台。行为主义源于控制论,强调以行动为核心,并赋予人工智能“身体”,认为控制论和感知-动作型控制管理系统是人工智能的关键,大多数都用在机器人和自主控制系统。

  更高的技术复杂度。具身智能涉及多项技术协同发展,相较于同样火热的AIGC、AI大模型,具身智能技术复杂度更高。具身智能主要涉及环节包括感知层(类似人的五官)、传输层(类似人的神经传导)、决策层(类似人的大脑)、执行层(类似人的肢体),其中感知层负责收集外部环境信息,决策层则为核心处理枢纽,处理理解指令、分解任务、人机交互、环境交互等任务,感知层与决策层复杂程度不断的提高,对传输层的实时性提出了更高的要求。核心零部件包括传感器、执行器、AI芯片、AI服务器等。

  机器人、无人汽车、无人机等都可作为具身智能的载体。在机器人领域,具身智能机器人可更好地感知环境、做出决策,并执行相应动作,以实现各种任务。例如在自动驾驶领域,在具身智能技术加持下,无人汽车可更好地感知道路环境,对交通情况做判断,并做出正确的驾驶决策。具身智能以更接近于人类的思维方法行动,应用场景广泛拓展至工业、教育、医疗等领域。

  人形机器人是具身智能最佳物理形态。与人类物理形态相似及能够模拟人类行为、且更能适应于各类真实的生活场景的人形机器人被认为是实现具身智能的最佳物理形态,具身智能机器人也被许多业内人士认为是人工智能的终极形态。此前机器人均为“专用设备”,主要使用在于某一场景,而人形机器人的诞生打破了传统机器人的界限,标志着向通用AI迈出了重大的一步。

  TeslaBot取得全方位进展,行业开启新纪元。特斯拉在人形机器人领域提前布局,马斯克称特斯拉的长期价值将大多数来源于人形机器人,并预测人形机器人需求将达100亿台。2021年8月,特斯拉CEO马斯克于首届“人工智能日”公开展示特斯拉人形机器人概念机TeslaBot。2022年2月,特斯拉在提出概念后短短6个月内成功推出人形机器人原型机,并作为开发平台做深度研发。2022年9月30日,特斯拉举行第二届“人工智能日”,并发布最新版本的Optimus人形机器人,其可实现直立行走、搬运、洒水等复杂动作。

  人形机器人市场需求巨大,具身智能落地获得土壤。据Markets and Markets预测,2023年-2028年期间,全球人形机器人市场规模将以50.2%的年复合增长率由18亿美元增长至138亿美元。人形机器人技术的持续不断的发展与生态的逐步完善,为具身智能落地提供了土壤,相关产业获得发展机会。

  执行器决定着机器人的负荷和精度。特斯拉的人形机器人共有28个大的执行器(不含手指执行器),主要为两大类:直线/线性执行器和旋转执行器。旋转执行器由电机+谐波减速器+抱闸+双编码器+力矩传感器+轴承组成。直线执行器由电机+行星滚柱丝杠+位置编码器+力传感器+轴承组成。

  (二)核心零部件成本占比超70%,人形机器代人浪潮下减速器产业链有望率先受益

  上游核心零部件是机器人产业链的核心环节,以工业机器人为例,按成本拆分,减速器占35%,控制器15%,伺服系统20%。从目前特斯拉公布人形机器人的相关细节来看,执行器在单特斯拉机器人上的需求量高达28个,至少需要14个减速器,相较于传统机器人,六轴工业机器人仅用6个减速器,人形机器人若能达到消费级体量将驱动减速器市场持续扩容。

  随着AI进程的加快,人形机器人替代人力优势显著,预计未来几年减速器市场增长的确定性逐渐增强。根据GGII数据,2026年市场总需求量有望超过270万台;2021年中国工业机器人减速器总需求量已有93.11万台,同比增速高达78.06%。根据绿的谐波披露,工业机器人的工作寿命一般为8-10年,期间减速器作为传动、承重部件,磨损不可避免,其常规使用的寿命通常在两年左右。可见,当前保有的工业机器人维修保养亦需要大量的减速器替换。

  行星滚柱丝杠的作用原理是配套电机带动丝杠旋转,通过啮合滚柱,将电机的旋转运动转换成螺母的直线往复运动,很适合综合性能要求比较高场合。“电机+行星滚柱丝+传感器”为线性关节提供了良好的解决方案,有助于提升特斯拉人形机器人的关节性能。但是,因生产难度较大,目前国内行星滚柱丝杠还处于早期阶段,国内企业较少布局。

  人形机器人产业呈现出多学科交融并进的态势,已成全球技术竞争高地。目前,人形机器人技术已成为计算机科技、软件和信息技术以及工业制造技术前沿领域高度融合集成的高科技领域之一,也是人工智能领域最复杂和最具挑战性的技术领域之一,是衡量一个国家前沿科研能力和高端制造业集成能力的重要场域。目前,人形机器人领域集成的技术主要有人工智能技术、电子工程技术、机械设计技术、材料科学、仿生学和高端制造技术等,众多前沿科技在人形机器人领域交融并进。随着人工智能技术深度渗透人形机器人领域,未来的人形机器人将具有更为强大的感知能力、决策能力和行动能力,智能化、自主化水平持续提升,将引领未来高科技产业和高端制造业发展,对未来国际技术竞争和高端产业竞争产生至关重要的作用,人形机器人慢慢的变成了全球技术竞争高地,中国、美国、日本和欧洲均有代表性的人形机器人产品面世。

  从人形机器人技术专利情况来看,中国慢慢的变成了全球人形机器人有效专利数量最多的国家。人民网研究院公开数据显示,截至2023年5月31日,我国人形机器人有效专利数量已经达到3110件,居于全球第一;人形机器人专利申请数量为6618件,也居于全球第一位。从企业专利情况去看,全球人形机器人有效专利数量最多的十个申请主体中,中国优必选科技、达闼和清华大学/北京理工大学(并列)分别居全球第一、第九和第十,此外,日本有5家主体进入前十,韩国和美国各有一家企业进入前十。人形机器人慢慢的变成了“第四次工业革命”标志性产品,从有效技术专利情况去看,我国在人形机器人技术竞争领域已确定进入世界前列。

  人形机器人尚未实现商业化,产业高质量发展仍面临着制造成本高昂、技术尚不成熟等痛点,大规模商业化尚需时日。未来,随着人形机器人商业化进程提速,行业规模将快速扩容。其中,四类公司值得着重关注:核心零部件价值量高需求空间大,细分赛道龙头厂商有望受益行业需求;国产化替代进程加速,机器视觉方向相关标的迎来重大机遇;融合实际场景数据,具备AI算法落地能力的企业具有入局优势;人形机器人整机出货量有望增长,具备核心零部件优势的集成商拥有卡位优势。

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