向欣
2024-12-28 
164個逆天自由度，和人類一樣靈活的機器人出現了
作者|向欣
1973 年，一部名為《西部世界》的電影橫空出世，廣受歡迎。2016 年，以電影為藍本改編的美劇《西部世界》更是風靡全球。
兩部影視中的仿生機器人共同成為幾代人對未來科幻世界的想象載體。
51 年后，電影情節走進現實，一個完全以人類為參照樣本設計的人形機器人出現了。
這個名為 Clone Alpha 的仿生機器人，幾乎 1：1 復刻了人體解剖結構，全身由人工肌肉、碳纖維合成骨骼，以及類似人體血管的液壓管道組成，一層白色的薄膜將肌肉和骨骼包裹在一起。
這是波蘭的 Clone Robotics 研發的人形機器人，僅僅是上半身就有 164 個自由度，遠遠超過目前市面上其他人形機器人 10~60 的自由度，是世界上自由度數量最高的人形機器人。
在世界上大多數企業通過簡化人體結構，制造出與人外觀大致相似的人形機器人時，Clone 另辟蹊徑，選擇了一種全新設計路線——通過模仿人體解剖結構，來復制人類的靈活性和力量。
這是一種非常新穎的路線。
目前絕大多數機器人企業都是采用電機驅動+線性/旋轉執行器+機械外殼包裹的方案制造人形機器人，而非 Clone 這種液壓驅動+人體肌肉骨骼仿生設計。
這種設計，使得 Clone Alpha 全身幾乎沒有剛性的金屬部件，機身柔軟，同時由于人工肌肉和動力強大的液壓系統，Clone Alpha 也擁有足夠的力量。
Clone 的創始人 Dhanush Radhakrishnan 曾表示，Clone 的設計能夠讓機器人達到人類水平的自由度，滿足強大，響應速度快，耐用的要求，并且設計成本遠低于任何其他機器人。
這家大膽而具有創新力的公司，正在以低于同行的成本，嘗試創造一個新物種。
Clone 創始人 Dhanush Radhakrishnan 的發言
超高自由度，
人類級別的肌肉能力
Clone Alpha 的仿生性，主要體現在它與人類一樣，擁有合成的器官系統，包括骨骼、肌肉、血管和神經系統。
因為是參照人體骨骼復制，Clone Alpha 的自由度遠遠高于其他人形機器人。
Clone Alpha 的骨骼系統包含 206 塊骨骼，數量與人類相同，少量骨骼融合，擁有脊椎、肋骨、盆骨、鎖骨等形狀與人類一樣的骨骼。
它的關節通過人工韌帶和結締組織連接。肩部的四個關節總共有 20 個自由度，脊柱的每個椎骨還有 6 個自由度，手、腕和肘部有 26 個自由度。
運動學中，人體自由度有 244 個，而 Clone Alpha 僅上半身就達到 164 個自由度。
而且，這些人造骨骼全部都是由便宜耐用的聚合物制成的。
骨骼只是框架，肌肉才是動力結構。Clone Alpha 的肌肉收縮速度比人類還快。
Clone 靈巧手最大運動速度展示
Clone 使用了自己在 2021 年研發的人造肌肉 Myofiber，每個肌腱會按照解剖學的標準，精準連接到骨骼上對應的位置。
這種人造肌肉的響應速度極快，可以在 50 毫秒內收縮 30%，負重能力也很優秀，3g 肌纖維就可以產生至少 1kg 的收縮力，即支撐或移動至少 1kg 的物體。
Clone 稱，Myofiber 是世界上唯一能夠將重量、功率密度、速度、力重比和能量效率完美結合的人造肌肉。
Clone Alpha 的血管系統靠一個 500W 電動泵和液壓執行器的閥門驅動。
電動泵安裝在機器人軀干正中間，相當于機器人的心臟，每分鐘可以輸送 40 升液體，額定壓力達 100 psi（即磅力每平方英寸）。
而 Clone 的 Aquajet 液壓閥門能夠每分鐘輸送 2.28 升液體，提供 100 psi 壓力，功耗低于 1W。
Clone Alpha 的神經系統主要依賴于頭骨中的攝像機，和遍布全身的傳感器。
這款機器人只有本體感覺和視覺，沒有壓覺、溫覺和痛覺（本體感覺是指人體對自身肢體運動位置、方向、速度、負重的感知）。
4 個深度攝像頭被安裝在機器人的頭骨中，提供視覺信息。
70 個慣性傳感器可以提供關節的本體感覺，320 個壓力傳感器可以提供肌肉級力反饋。
安裝在機器人椎骨的微型控制器相當于一個神經信息中轉站與控制站。
它有三個功能：
接收傳感器的反饋；控制液壓執行器的閥門；能夠以極快的速度向頭骨中的 NVIDIA Jetson Thor 推理 GPU 發送和接收信息。
頭骨中的 GPU 上運行著 Clone 的「Cybernet」視覺運動基礎模型，可以處理身體各處反饋上來的數據。
遺憾的是，雖然在硬件能力上 Clone Alpha 表現不錯，但還未展現出智能化的能力。
目前代號「Alpha」意味著這還是一個早期開發的版本。
為了提高機器人的智能水平，Clone 正在美國組建機器人智能團隊，招聘具有多模態大語言模型、3D 視覺和以控制為中心的世界模型研發經驗的工程師。
不走尋常路，僅用 50 萬美元造出機器人
如果要用一句話形容 Clone 這家公司，那就是：不走尋常路。
Clone 的特別之處主要有兩個。
第一個特別之處是，在別家人形機器人企業都想著先解決移動的問題時，它選擇先解決操作的問題。
也就是說，別人從機器人的雙足做起，而 Clone 先從研發機器人的靈巧手做起。
Clone 的創始人兼首席技術官ukasz Kolik 認為，手部的設計制造是整個機器人行業最難解決，卻也是最有價值的一部分。
從 2014 年開始，ukasz Kolik 就一直在研究人工肌肉和肌肉骨骼手部設計。
2016~2021 年，ukasz Kolik 就讀于波蘭頂尖理工大學——弗羅茨瓦夫理工大學的機械工程學院。靈巧手的研發貫穿了他的整個大學生涯。
他花費了 7 年時間開發出肌肉骨骼機器人技術，設計了用于液壓驅動的閥門和耐用的人工肌肉。
2021 年，Clone 成立，同年發布的靈巧手 Clone Hand 已經可以握住 7 公斤的物體。
在后續的多次迭代中，Clone Hand 的自由度最高達到 27 個，超過了人手自由度，目前的版本簡化到了 24 個自由度，可以完成人手能夠做到的所有動作，包括彎曲、抓握、前后旋轉手腕等等。
Clone 的第二個特別之處在于，他們用比同行少很多的資金和資源造出了人形機器人。
Clone 的另一位創始人兼首席執行官 Dhanush Radhakrishnan 是 Clone 商業化、產品智能化的主要推動者。
Dhanush 曾就讀于美國紐約大學數學系，他在等離子體物理、強化學習以及風險投資等領域均有建樹。
他曾在物理學術期刊 Nuclear Fusion 發表過論文，開發了一個基于強化學習技術，能夠檢測 655 種疾病的癥狀檢查器，同時還是美國知名初創企業孵化器 Y Combinator 2019 年夏季班畢業團隊成員，籌集了超過 200 萬美元的風險投資資金。
2020 年，他注意到ukasz Kolik 的機械手項目，于是便想入伙，把產品推向市場，擴大生產規模，并給它加上智能的大腦。
Clone 成立后，在天使輪中只籌集了 65 萬美元的資金。
但這略顯微薄的資金并沒有耽誤機器人的研發，Clone Hand 從 11 代一直迭代到了 18 代，還改進了液壓系統和肌肉，負重能力從 7kg 提升到 30kg。
在 2022 年 Clone 的眾籌活動中，Dhanush 就強調過，Clone 可能是目前資金利用率最高的機器人公司，競爭對手在研發機器人技術上面花費了數千萬到數億美元，而他們只花了 50 萬美元。
雖然 Clone 在后續的種子輪中，又融了 650 萬美元。綜合下來，他們的融資額累計達 715 萬美元（約合 5209 萬人民幣）。
但是相比其他人形機器人公司，這筆錢并不算多。
比如，Agility Robotics 機器人公司就已經融了 3.28 億美元（約合 23.9 億人民幣），Figure AI 的融資額已達 7.5 億美元（約合 52.6 億人民幣）。
Clone 的團隊人數也并不多，2023 年只有 12 位員工，目前有 23 位員工。
融資額不高，大概率是因為 Clone 是一家總部在波蘭的初創公司，容易受到地域和人才水平的限制。
兩位創始人此前也尚未有成功的創業經歷，這家公司目前還沒有推出智能化的產品以獲得大額投資者的青睞。
但情況或許會在 Clone Alpha 出現后改變。
Clone Alpha 卓越的硬件能力表現意味著 Clone 跨過了機器人開發的第一道難關，擁有了第一道護城河。
實際上，Clone 總部在波蘭也有優勢。波蘭的用工成本和材料制造成本較低，機器人在波蘭的生產和開發成本會遠遠低于美國。
目前，Clone 機器人的所有動作展示都是手動編程的。但 Clone 也正在推動機器人的智能化進程。
今年 10 月底，Clone 找來了英偉達 IsaacGym 的聯合創始人 Viktor Makoviichuk 擔任公司的首席科學家。
IsaacGym 是一款主要用于機器人學習，基于 GPU 的高性能物理模擬環境。
Viktor Makoviichuk 的加入或許將大大提高 Clone 機器人的智能水平。
液壓驅動的難題已經被 Clone 化解了？
Clone 發布新的人形機器人后，在歡呼鼓掌之外，各種質疑也接踵而來。
原因在于，Clone 選擇了液壓驅動的路線。
這是最負盛名的機器人公司波士頓動力公司前不久才宣布放棄的路線。
但 Clone 不是一枝獨秀，加拿大的 Sanctuary AI 也使用液壓驅動的方式造人形機器人。
在電機驅動成為主流的大勢下，為什么他們還要選擇液壓驅動？
因為液壓還有他們無法放棄的優點。
前 Sanctuary AI 的首席技術官 Suzanne Gildert 曾表示，只有液壓系統能夠同時讓機器人在能夠做一些靈巧操作的同時，也能夠舉起足夠重的物體。
比如，液壓系統可以讓機器人既能夠穿針、扭紐扣、以人類速度在鍵盤上打字，也能舉起 50 磅重（約 22.6kg）的手提箱。
液壓系統的優勢在于，功率密度更大，比電機驅動速度更快，力度更大。液壓設備還具有耐高溫的特性，適合大負載、環境惡劣的場合。
液壓路線被其他玩家放棄，主要是因為：
液壓設備易破損失去動力；零件的復雜性和高精度導致成本高、維護難度大；整個系統能量綜合利用效率不高；噪音大。
波士頓動力液壓版 Atlas 的造價高達 200 萬美元，可以后空翻、跑酷，續航時間時間卻只有 1.5 小時。
而特斯拉 Optimus 等電機人形機器人的續航則可以達到 5 小時左右，Agility Robotics 的 Digit 理想狀況下續航甚至可以達到 16 小時。
但 Clone 似乎已經解決了液壓機器人制造成本高、易破損失去動力、噪音大的問題。
首先，他們使用的碳纖維骨骼結實且造價很低，在亞馬遜上只需要 97.5 美元就能買到。
其次，Clone 聲稱，他們的液壓管道——也就是肌纖維，一米只需要 10 美元。
Clone 機器人的整個身體將主要由聚合物組成。Clone 還介紹，這種材料易于呈現，成本低廉。Clone 將能夠快速、低成本地制造機器人。
而且，Clone 的液壓管道破損后，還能正常運行。
動圖中的肌纖維已經被人用小針戳了很多個洞，但是仍然能正常收縮，并沒有失去動力。
更特別的是，Clone 機器人是用水作為液壓介質的。
此前液壓版 Atlas 使用的是液壓油，既不易取得，漏液后也難以清潔、污染環境，水就沒有這些缺點。
在聲音方面，Clone 公司的水泵運行聲音為 36 分貝，這相當于圖書館環境的分貝。
相比其他液壓人形機器人，Clone 的機器人具有安靜、輕量、制造成本相對較低的特點。
在續航時間上，Clone 也有目標。Dhanush 透露他們希望機器人能夠雙班倒工作，在不充電的情況下連續工作 16 個小時。
目前 Clone Alpha 只有上半身的原型機，還沒有雙腿。
Clone 稱將會很快給機器人裝上雙腿，并且在明年預售 279 個 Clone Alpha。
Clone Alpha 行走展示
Clone 的下一代機器人 Neo 正在開發中。
未來，Clona 還將為機器人預裝上 16 個家庭場景的任務技能，包括做三明治、疊衣服、安裝洗衣機、自主充電等，并給機器人配備一個 Telekinesis（心靈遙感）訓練平臺，讓用戶能夠自己教機器人學會新技能。
Clone 首席技術官ukasz Kolik 表示，在 2026 年，Clne 機器人就能夠實現上述功能。
逆流而行的 Clone 能否走出自己的道路？沒人知道答案。
但對于人形機器人行業而言，每一個光點，都有可能成為耀眼的星辰。
原文標題:164個逆天自由度，和人類一樣靈活的機器人出現了
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