直立行走讓人類擺脫了森林的束縛，開始使用並製造工具，這是人類智力進化的結果。因此，雙腳直立也被視為人類區別其他動物的一個重要標誌。但從平衡性來看，雙腳站立要比四足行走難得多，那麼人類為什麼還要花大把的精力研究雙足機器人呢？

有人回答說：「為了像人」，這是因為現代的城市環境是由人類建造的，而研發機器人的目的就是替代人類進行重複性勞動，所以「像人」對機器人來說十分重要。不過，所謂的「像人」指的可不是「看起來像」這麼簡單，更多地是希望機器人能替代人類做繁重、危險等工作，甚至比人類做的更出色。

儘管目前已有不少機器人用於工業生產和生活服務，但它們的移動能力卻實在讓人難以恭維。不過人們沒有放棄機器人「像人」的追求，也有不少公司正努力讓機器人學會兩條腿走路，知名度最高的是波士頓動力的Atlas、本田的Asimo，前者憑藉出色的行動能力，迅速竄紅為當紅機器人。

智東西深入到雙足機器人產業鏈，仔細研究發現，涉足雙足機器人領域的頭部公司玩家已經有14家之多，相關研究機構也已經有十數個，尤其值得關注的是，其中出現了多家中國公司和研究機構的身影，處在機器人研究金字塔尖的雙足機器人玩家都打得什麼算盤，中國玩家扮演怎樣的角色，本文帶你一文看清。

「行走」的瓶頸在哪裡？

從某種程度上來說，「像人」是一種仿生學理念，機器人名字里又佔了個「人」字，自然會讓不少研究者走上雙足機器人研究的道路。但目前市面上的機器人，即便是四足、多足其運動能力仍是一大問題，更不用說雙足機器人了。那麼問題到底出現在那裡了，是什麼限制了機器人的「兩條腿」呢？

從原理上看，雙足機器人行走問題可簡化為，通過各種感測器獲取機器人體態及重心變換的數據，再運算出合理有效的運動指令，然後再反饋再運算。以這種思路來說，即便考慮到運動環境的模糊性即便比較高，也不至於像現在這麼笨拙。

現實情況是，人類行走是多關節配合的動作，因此目前市面上大部分機器人都是使用舵機模擬替代人類關節，用鋁合金或其他輕型高硬度材料來製作機器人的結構件，類似於人類的骨骼，從而來支撐機器人的整體。用輕型、有強度的材料製作機器人的頂板和腳板，模擬人類的胯部和腳掌從而來支持機器人的行走與穩定。其中舵機由晶元控制，進而控制整個關節的活動，從而實現了對步伐的大小、快慢、幅度的調整。這其中既包括設計、材料等硬體問題，也包括演算法等軟體方面的制約。

硬體研發方面，整個行業迭代速度太慢。由於雙足機器人從結構設計到組裝調試，都需要相當長的研發周期，也更燒錢，硬體是不可能像軟體一樣，寫完程序後直接運行就能及時得到反饋的。當然，最核心的問題是具體的技術細節，比如精確的力控，都掌握在一些頂級的硬體廠商里，而它們不會將其像軟體一樣開源出來，小型企業資金和實力不足也無法下大力度進行研發，這也限制了行業的整體發展。

軟體演算法方面，最大的制約原因是人類還不清楚行走的最基本原理，這與人類不清楚人腦工作原理是一樣的。在演算法方面，目前業內的做法是把複雜的行走問題抽象，提取出來一個比較簡單的模型，比如Asimo的線性倒立擺、Cassie的彈簧質點模型，然後基於對簡單模型的分析，生成行走步態，映射回雙足機器人上。但是這樣的做法，顯然只是一個複雜系統的特殊解，還做不到應付任何情況的程度。

巨頭帶路，「雙足」成為熱門話題

從全球的機器人研究和市場情況來看，美國和日本擁有這絕對的實力，可以代表著國際的先進水平，在雙足機器人的研究上，也以美日的研究成果最為顯著，而中國的雙足機器人與中國的機器人市場一樣，才剛剛起步。

要說行動能力第一強的雙足機器人，一定有人說是波士頓動力的Atlas。而這款機器人則是由波士頓更早的Petman迭代而來，最初是為能模擬士兵在現實條件下對防護服的作用而設計的。當時Petman已具備平衡自身、自由行走以及彎曲身體的能力，甚至還能暴露在化學試劑的操作車間里作出各種對化學防護衣有壓力作用的健美體操。

隨後，波士頓動力繼續在機器人運動能力上進行提升，以Petman為原型開發出了Atlas機器人。前段時間在網上大秀後空翻的Atlas，實際上已經是經歷了三次迭代的第三代產品，其身體內部以及腿部的感測器可採集位姿數據，來保持身體的平衡。現在Atlas不僅可在雪地等複雜路面行走，還可以穩穩地後空翻，運動性能十分優越。

日本在機器人運動能力上也不甘示弱，2000年本田公司推出的Asimo在行動能力上就十分靈活。它的行走速度可達9km/h。而早期的機器人如果直線行走時突然轉向，必須先停下來頓一頓，看起來也十分笨拙。而Asimo靈活得多，它可以實時預測下一個動作並提前改變重心，因此可以行走自如，它不僅可以進行「8」字形行走、 下台階、彎腰等各項「複雜」動作，還可以握手、揮手，甚至可以隨著音樂起舞。因此，Asimo也被認為是全球最早具備人類雙足行走能力的類人型機器人。

2017年俄勒岡州立大學研究團隊公布了一款名為Cassie的新型步行機器人。只有下半身以及反關節的設計，讓 Cassie看起來像一隻無頭鴕鳥。儘管「十指」纖纖，Cassie的步子走的可是穩穩的，因此獲得了美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的垂青，後者給予該團隊100萬美元研究資金資助。如今Cassie的研發團隊已從俄勒岡州立大學脫離出來，並建立了自己的機器人公司Agility Robotics——該公司近日剛獲得了800萬美元的融資。

國內的雙足機器人研究上，主要以學術派為主，機器人企業進行雙足機器人研究的並不多。在年初的CES上，優必選就推出了一款雙足機器人名為Walker，僅從名字上就能知道這款產品主打的是行走能力。Walker高1.3m，擁有兩條自由度極高的腿，可以上下樓梯、全向行走，具備踢球、跳舞等多種互動運動能力。

成立於2015年的鋼鐵俠科技，也是國內雙足機器人研發的典型代表，其研發團隊來自於中國科學院和航空航天所，在2017年的世界機器人大會（WRC）上，鋼鐵俠科技展出了ART雙足大仿人機器人，並受到國務院副總理劉延東、馬凱的接見。

總體來說，雙足大仿人機器人的風頭一直被海外公司和研究機構佔據，國內主要以項目研究為導向，在商業化領域鮮有動靜。不止於美國波士頓動力（Boston Dynamics），日本本田（Honda）等公司都在「人形機器人」項目上不遺餘力地砸錢。

現階段，人形機器人的應用場景主要以軍工、航天等行業應用為主。在消費端市場，將大塊頭小型化是個不錯的選擇。桌面級人形機器人NAO在科研領域廣受歡迎，其法國機器人公司Aldebaran被軟銀收購；國內Alpha系列機器人助優必選躋身進入獨角獸行列。

在研究方面，美國和日本的雙足機器人研究起步較早，目前機器人的穩定性已不成問題，主要在行動速度加大研究。如卡內基梅隆大學的國家機器人工程中心，就曾研究出一款名為「Chimp」的黑猩猩機器人，可實現行走、爬梯子甚至是開車等功能，可用於災後救援。中國的雙足機器人研究也非常火，浙大熊蓉教授就曾帶隊研發出「悟」「空」兩台雙足機器人，而她們的團隊還在今年2月，研發出四足機器人「絕影」。此外，北大工學院、哈工大、北京理工大學等國內知名大學都有團隊進行雙足機器人的研究。

目前全世界對雙足機器人的研究主要集中在跨越垂直高度的障礙物上，對水平跨越大尺度障礙未作考慮。水平跨越的難度在於如何調節好機器人的重心，使之遠距離跨越但不會倒，在此基礎上還要考慮如何用最小的涵道風機推力順利完成動作。

在水平跨越障礙方面，近日IEEE Spectrum官網刊登了廣東工業大學自動化學院自控系副主任黃之峰團隊的一項新成果，他們研發了一款名叫Jet-HR1的雙足機器人，在其腳掌底部安裝了涵道風機，使其可調節自身重力來維持平衡，甚至可用「一字馬」來越過大尺度的障礙物。

科研、展館成市場主方向

從目前雙足機器人研究情況和市場前景來看，像NAO、優必選Alpha等小型雙足機器人，主打兒童市場的陪伴和娛樂方向，「跳舞」更成為其主打的一項功能。而對於大型的雙足機器人，目前在市場上的表現，主要是在高校、科研院所、科技館等場景中，為其研究、教育、展示來服務。

無論是完善的技術研發，還是繁雜的供應鏈管控，強大的資金支持，雙足機器人領域都設有極高的門檻，不僅要求電機、雙足等複雜的機械控制系統，還需具備環境感知和行動規劃等能力，因此大型雙足機器人的研發需要大量的資金支持。

雙足機器人大多以仿人、類人機器人為主要形態，像Agility Robotics這樣的只做半身雙足機器人的企業並不多。而Agility Robotics公司稱考慮將物流和快遞運輸作為其落地的主要場景。智東西之前採訪過鋼鐵俠科技的研發團隊，並了解到目前大型雙足機器人的落地方向主要是在科研機構和科技展館，那麼為什麼雙足機器人沒有將服務機器人作為自身落地的一個重要方向呢？

首先，服務機器人的市場在前兩非常的火爆，各地也出現了不少奪人眼球的機器人餐廳，也有許多在銀行、酒店等為客人進行引導的機器人，而從形態上看，大部分都是輪式的機器人。原因是，一方面相比於雙足機器人，輪式機器人的開發難度更低，成本也低，因此有不少小型玩家湧入，市場也就得到了擴展；另一方面，目前市場對機器人的需求還沒有達到剛需程度，對交互要求極高的服務機器人來說，目前的智能化發展尚未達到要求。因此，即便是價格較低的輪式機器人在服務機器人市場上都有待開拓，更不要提雙足機器人了。

那麼，有必要研發雙足機器人嗎？答案是肯定的，毋庸置疑的是，仿人、類人的雙足機器人一定是機器人的終極形態，目前的研發都是在一步步進行鋪墊。雖然目前的雙足機器人還停留在「中看不中用」的尷尬階段，但其對科研的價值是十分重要的。同時，科研院所，科技展館也在一定程度上形成了雙足機器人現有的市場格局，隨著國內科技熱潮的掀起，僅在「中看」這一點上，雙足機器人還擁有非常好的市場前景。

結語：足式機器人商業化之路「道阻且長」

無論是像波士頓動力Big Dog一樣，穩定性和動力系統都十分強勁的四足機器人，還是Atlas一樣的雙足機器人，在科研上儘管取得了相當不錯的進展，但在商業化的路上，仍有相當長的路要走。其中最突出的問題是， 足式機器人對行動能力了要求極高，而目前機器人普遍採用舵機模擬關節，而舵機越多，成本就不斷上揚，這也使得足式機器人的研發成本較高。同時，由於足式機器人研發的思路各異，技術壁壘也相對較高。

從全球市場來看，足式機器人因其在行蹤功能上仿人、仿生在研究領域深得研究人員偏愛。而在市場方向上，服務機器人方向被價格更低的輪式機器人佔據，小型的足式機器人尚能憑藉較強的運動性在娛樂機器人領域落地，但大型的足式機器人僅能在科技展館等場景作為一種「擺設」。因此，整個行業急需轉變研究思路，在增強行動能力的同時，將成本控制在市場可接受範圍內。

從國內外的研究對比來看，美國、日本等工業強國，在研發時間和投入上都比國內多，雖然短期內足式機器人無法在應用上爆發，但作為機器人的終極形態，中國的足式機器人研究仍需與世界先列縮小差距，為未來智能機器人的研發打下良好基礎。

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