蓝字计划 04-08
川崎载人机器人火了!但造出梦想坐骑还要25年
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作者|Hayward

原创首发|蓝字计划

不愧是世界老牌机器人大国,日本人的确会玩。

4 月 3 日,摩托车巨头川崎重工公布了一款全新的、他们称之为未来的 " 摩托车 " 产品:CORLEO,一款长着四只脚、氢能源燃料驱动、可供人类骑乘的四足机器人概念模型。

这款产品带来的震撼莫过于第一次看到会后空翻的人形机器人。按照川崎重工的设想,CORLEO 的能力非常强大:

CORLEO 的外壳由金属和碳材质制造,拥有流线型的炫酷造型,躯干从侧面看非常像摩托车的车体,不过两个轮子由四条仿生腿代替;

它的四条腿的脚底都配备了硅胶材质的分体蹄子,能适应砂石、软质地面,因此具备了四足崎岖路面行进能力,可以带着人在森林、戈壁、丘陵、雪山平稳自如地穿梭;

人机工学方面延续了川崎重工摩托车平稳易用的优点,人机交互被设计成初学者也很容易上手的模式,仪表台用途的前面板集成了载具信息和导航系统,可以利用人体自然倾斜的重心变化控制前进后退和改变方向;

CORLEO 配备了 150cc 的氢燃料发动机作为动力源,产生电力驱动四条腿上的动力单元,可以实现快速奔跑、踱步、跳跃等多样的动作,低碳、强力、清洁、环保,据说还能保持极致的静音。

CORLEO 计划在 2025 年 4 月 13 日开幕的日本国际博览会上展出,这是川崎重工集团专门为 " 大阪 · 关西博览会 " 未来社会展示项目 " 未来生活博览会 · 未来城市 " 所准备的 2050 年概念模型。

视频一经发布,立即吸引了广大媒体的疯狂报道。CORLEO 那充满赛博风、科技风的外观设计十分抓人眼球,再加上宣传视频中所展示的强大性能,骑着 CORLEO 在一片森林中穿梭,时而爬上土坡,时而跳下石堆,时而在溪边漫步,时而沿着河岸奔跑,凉飕飕的风吹在脸上,大自然的一切都和你亲密接触…这得多美好啊。

虽然川崎 CORLEO 吹得是挺好,但不少网友就是不买账。随便在视频网站上翻了下评论区,不接受画饼的大有人在。

归根究底," 载人 "、" 四足机械马 " 本来就是机器人业界玩剩的概念。先不说川崎 CORLEO 有 " 旧瓶装新酒 " 博眼球的嫌疑,未来要量产也面临一堆问题。

旧瓶装新酒?

把四足机器人打造成载具来载人本就不是新鲜的概念,受到各种影视作品和小说的启发,目前主流的机器人公司在研发四足机器人的时候。或多或少都会考虑一下 " 载人 " 的可能性。

现存主流的四足机器人绝大部分都是工业、安防用途,本身就具备一定的负重能力,有部分产品的负载能力甚至能支持一名成年人坐上去,这就说明了 " 载人 " 在四足机器人领域并不是一个新鲜概念。

特别是评论区经常提到的宇树,对,就是那个在春晚舞台上扭秧歌的宇树,确实是一个好例子。

24 年年底,宇树让自己的工作人员骑上了 B2-W 工业机器人,客串了一下现实版的 " 吕布骑狗 "。

B2-W 有一个专门的高负载模式,有数据显示在站立的姿态下最高负载可达 120KG,理论上除了超重人群,完全足够承载一个成年人的身躯。

载人之后机器人的表现看着也没有受到太多影响,四肢没有因为负重过度压缩,速度几乎和无负重保持一致,并且面对土坡、斜坡等环境也有了一定的越障能力。

不过,也许把宇树 B2-W 的四肢末端从轮子换成硅胶足,更加对应川崎 CORLEO 的形态。有博主自行测试了机械足状态下的宇树机器人载人能力,除了走起来颠簸一点、速度慢了一点外,看起来也没什么大问题。

人都坐上去了,机器人又能动,宇树 B2-W 怎么就不是载人了呢?

当然严格意义上的载人,宇树还真不算。包括宇树 B2-W 在内的所有工业四足机器人," 载人 " 功能都是单纯把人当成重物来运输而已。

负载状态下的机器人灵活性、活动范围都会大幅度削减,不仅不允许上下楼梯和斜坡,续航时间也会大幅缩短。另外现在操控机器人还要用到遥控器…

所以,从功能性来说,把目前四足机器人的 " 载人 " 看成是川崎 CORLEO 的 " 低配平替 ",那还真是睁眼说瞎话了。

说到底目前四足机器人的负载模式是运货的,想要实现真正的载人,四足机器人至少得先实现 " 大型化 "。

大型化困境

真别以为这里的 " 大型化 " 只是单纯的等比放大。四足机器人要做得更大只甚至到达能载人的标准,机器人的结构、关节、电控、算法几乎都要重新设计。

比如四足机器人载人需要极高的关节扭矩和功率密度。

当前主流的电机驱动系统(如无刷电机)虽在轻量级机器人中表现优异,但面对人体重量(通常需承载 60-100kg)就会出现电机输出力矩和散热能力不足的问题,而使用更高功率的电机又要面临能源消耗太大和尺寸太大的问题,目前还没有找到两全之策。

|图源:波士顿动力

另外,载人四足机器人需在保证结构强度的前提下减轻自重。

小型的四足机器人四肢结构简单,看上去就像插着四条 " 棍子 "。这种 " 细狗 " 尺寸的机械腿目前使用的主流材料(如航空铝、碳纤维)虽能降低重量,但关节和腿部结构的抗疲劳性仍无法长期承受人体重量冲击;如果做成 CORLEO 那样的大粗腿也许能解决载人后的重量冲击问题,但又会极大地增加机器人的自重。

算法的提升也是四足机器人大型化乃至实现载人的关键。

载人场景需机器人具备高度动态平衡能力,尤其在上下坡、跨越障碍时需实时调整步态;四足机器人每条腿通常有 3-4 个自由度,载人时需协调 12-16 个关节的运动、同时兼顾机身姿态和乘客舒适性,算法实现的难度非常高。

最后,大型化 + 载人意味着重量飙升,需要电池输出更大的功率,但又受限于四足机器人的体积、电池包的重量,现有的电池技术下还无法实现大功率和长续航的平衡。在大功率放电和持续高负荷工作时电池、电机还会产生大量热量,对大型四足机器人的电池、关键部件散热有很高要求。

目前工业四足机器人将自重控制到 100kg 级别已经是极限了。未来还要依赖材料学和电池技术的进步,才有可能继续让四足机器人变大,甚至有可能这一天永远不会到来。

因此," 大型化 " 是一个牵一发而动全身的大工程。这不仅是目前四足机器人遇到的难题,也是大型化四足机器人— CORLEO 想顺利量产要面对的难题。

量产难题

正因为四足机器人的大型化难度高,让大家对川崎 CORLEO 的量产产生怀疑。

其实川崎预留了 25 年的研发时间,多少有点耍无赖的意思,现在也没法判断 25 年后的情况。但按照目前的技术限制和川崎重工的路线规划,这四足机器马确实还存在很多不确定性。

比如按照官方的宣传,人类骑着 CORLEO 从疑似悬崖边的地方一跃而下,高度起码有三到五米,落地的一瞬间人和坐垫之间是硬连接,只能靠载具的四条机械腿卸力缓震,这就对载具的步态控制、重心控制和机械腿的结构强度都有很高要求。

别看目前比较厉害的四足机器人可以实现 2.8 米跌落的稳定着陆,但前提是,这些机器人的重量普遍在 10kg 左右。

作为摩托车 " 平替 " 的 CORLEO 电子元件更多、集成度更高,还要载人,实际重量肯定奔着 500kg 级别去了;在这个重量下实现 3 米左右的稳定着陆,技术和材料得进步到什么水平啊。

此外有媒体报道 CORLEO 的续航能力能达到 150 英里(约 241 公里),官方提到它仅使用了 150cc 的发电机燃烧氢能源进行发电,同时驱动安装在四条腿上的动力单元和为载具其他设备供能。

在 150cc 这么小的排量下就能兼具强大的动力和持久的续航力,电机、电控技术估计要达到远高于现在的科技水平。

当前摩托车上的 150cc 只能算做小排量,大约只有 12.4 匹;考虑到 CORLEO 作为一款纯电产品重量肯定会比结构简单的摩托车大很多,"小马拉大车 " 也有这么出色的机动能力,那真的堪称是遥遥领先了。

其实抛开技术层面,只看 CORLEOD 的外观,也很让人绷不住。

按道理机器人体积不大储能有限,肯定得想尽办法偷轻减重的。现在的四足机器人外观一个比一个丑,浑身光秃秃的,四肢又是细狗,就是出于极致轻量化的考虑,这也很符合奥卡姆剃刀原理。

川崎倒好,CORLEO 单纯在外壳上就设计了一大堆纯好看但没啥用的装饰件,不仅徒增重量,还削弱了产品的负载能力。只能说日本人在外观设计上的确有独到之处,但在四足机器人身上大玩冗余设计,怎么也不像要认真量产的样子。

最后不得不提一下 CORLEO 的动力源:氢能源。我们都知道日本对氢能源情有独钟,日本的车企丰田就是氢能源的忠实拥趸,甚至还推出了名为 Mirai 的氢燃料汽车,川崎重工也在两年前发布了首款搭载了氢能源驱动的原型摩托。

但这么多年来一直没有办法把氢能源动力推广开来,除了受限于高昂的制氢与储运成本,还有一个关键因素:安全问题。氢气容易泄露,如果泄露了还遇上明火爆炸了,真的和小型核弹差不多。

都说现在的电动车起火是 " 移动火葬场 ",那和氢燃料设备的爆炸相比真小巫见大巫了。

当然还是那句话:25 年的时间足以让不可能成为可能。未来不可知,我们也只能 " 相信后人的智慧 " 了。

让 " 概念 " 回归 " 概念 "

无论结果如何,作为一款概念模型,川崎 CORLEO 还是具有划时代意义的。

这是首款从最初就被设计为作为人类坐骑的四足机器人,和以前专注于工业、家庭甚至 " 替代人类 " 的机器人完全不同,它的工具性更加明显,它的使用场景极致聚焦。

川崎从摩托车的概念出发,用机械足来弥补圆形自身的局限和不足,为我们探索世界提供了一种新的思路。

我们错过了骑马驰骋天涯的时代,但可以畅想骑赛博马行走江湖的新纪元,这也不是完全没有可能。

参考资料:

刀锋体 - 翛爤 xiaolan 《能骑的机器狗 ~ 仿生超进化!宇树科技 B2 全网首测》

Unitree 宇树科技 《Unitree B2-W 天赋觉醒!》

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