科技新聞特約作者 周小燕
編輯 鄭可君
近期，復(fù)刻人類肌肉骨骼的知名仿生機器人公司Clone Robotics，宣布將于2025年開放預(yù)訂其仿生機器人Clone Alpha系列。這款機器人的獨特之處在于，它全身的每一處細節(jié)都逼近人類的生物結(jié)構(gòu)，它擁有和人類一樣的骨骼系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)和血管系統(tǒng)。
回顧過去一年人形機器人的發(fā)展歷程，AI大模型讓各家都嘗試將人形機器人變得更智能。
OpenAI、波士頓動力、特斯拉等接連展示人形機器人智能化的成果：OpenAI將大模型嫁接于Figure01，實現(xiàn)機器人與人類順暢對話；波士頓動力聯(lián)合豐田研究推出機器人“行為大模型”，幫助機器人獲得泛化能力；馬斯克在X上展現(xiàn)Optimus自主行走與疊衣功能。
就在全世界的人形機器人企業(yè)都在探索機器人的“大腦”怎么無限接近人類的時候，Clone Robotics這家企業(yè)卻在安靜地思考怎么讓機器人的“身體”無限逼近人類。
并且它走的是一條與其它人形機器人公司完全不同的道路。
大多數(shù)人形機器人都依賴電機、齒輪和馬達驅(qū)動機器人的運動，在結(jié)構(gòu)上使用硬質(zhì)金屬或塑料作為骨骼，依賴計算機算法和外部傳感器來進行動作控制。Clone Robotics沒有使用剛性執(zhí)行器和馬達，而是選擇柔軟的人造肌肉來實現(xiàn)類似人類的運動。
那么，Clone Robotics是一家什么樣的公司？它復(fù)刻人類肌肉骨骼做機器人的路線，有哪些核心價值？
起底Clone Robotics，一家神秘的波蘭機器人公司
坐落于波蘭西南部的Clone Robotics，一直不走尋常路。
最大的不尋常在于定位，全世界的機器人幾乎都在用鋼鐵材料做本體，而Clone Robotics要用人造肌肉做機器人的身體。它的創(chuàng)始團隊曾對《Robotics Reports》提到，自己幾乎不花費太多精力去設(shè)計機器人，通過翻閱教科書，并完全復(fù)刻和照搬人體解剖結(jié)構(gòu)，便開始做機器人。
如此定位的起源來自于一位波蘭小哥的一次隨機性的靈感，2014年，來自波蘭的ukasz只是從一本教科書看到人造肌肉驅(qū)動腿的圖片，就決定也要做一款擁有類似人類肌肉的機器人。2021年，ukasz遇到了從小就酷愛發(fā)明并正在研究機器學(xué)習(xí)的Dhanush Radhakrishnan，他們一拍即合成立Clone Robotics.
在不到3年的時間里，Clone Robotics對外公布了3款產(chǎn)品：仿生機械手Clone Hand，仿生軀干Clone Torso和預(yù)購的仿生機器人Clone Alpha系列。
其中，最先公布的是Clone Hand，這款機械手的尺寸和生物學(xué)特征都與人類完全相同，包括半個臂骨、完整的前臂和手掌。它由團隊自制的人造肌肉技術(shù)McKibben制作，可以承受7公斤的操作負載，并且反應(yīng)快速靈活，這款機械手的肌纖維收縮率27%，收縮時間0.3秒，可以執(zhí)行各種復(fù)雜的操作任務(wù)。
（圖：Clone Hand持剪刀、針管）
雖然Clone Hand是在公司成立不久之后公布，但實際上，創(chuàng)始人ukasz已經(jīng)為研究機械手付出六七年的時間。在這個過程里，ukasz遇到了很多困難，其中最大的阻礙來自于做仿生機器人的原材料困局，也就是，從哪里尋找類似人類肌肉纖維組織的材料。
ukasz曾經(jīng)試圖從德國自動化公司Festo購買人造肌肉，但Festo人造肌肉采用的是氣動驅(qū)動方式，氣動肌肉由于依賴壓縮空氣，必須連接到一個大型壓縮機或氣源設(shè)備才能工作，它更適合用于機器人手臂或工業(yè)設(shè)備等大規(guī)模應(yīng)用，而不適合需要精密和小型化設(shè)計的手部肌肉驅(qū)動。
由于找不到合適的原材料，ukasz只能自己探索適合這類機器人的肌肉骨骼技術(shù)，2021 年，Clone Robotics團隊終于研發(fā)出人造肌肉技術(shù)McKibben，它使用Clone Robotics開發(fā)的聚合物材料和腱肌，讓人造肌肉實現(xiàn)拉伸和收縮。McKibben 摒棄氣動驅(qū)動的方式，轉(zhuǎn)而采用液壓驅(qū)動，通過向肌肉內(nèi)部注入或抽出液體，來控制其膨脹或收縮。
得益于Clone Hand的經(jīng)驗，僅僅花費2年左右的時間，ukasz和Dhanush就推出了他們的第二款產(chǎn)品，仿生軀干Clone Torso，同樣復(fù)刻人類的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，Torso的“皮膚”下有完全驅(qū)動的腰椎和910條肌肉纖維，可實現(xiàn)164個自由度，并包含182個用于反饋控制的傳感器。它能夠安靜、逼真的運動，比如它可以和人類一樣聳肩，同時伴隨著肩胛骨的旋轉(zhuǎn)。
在整個的運動過程里，Clone Torso十分安靜，因為它的動作通過一套電池驅(qū)動的泵和閥門系統(tǒng)實現(xiàn)。這個系統(tǒng)讓水在內(nèi)部循環(huán)流動：軀干內(nèi)置一個水容器，通過液壓推動水在管道中流動，從而帶動“肌腱”收縮或彎曲，模仿人類肌肉的動作。
Clone Robotics并不是第一個嘗試液壓驅(qū)動的人形機器人，波士頓動力Atlas也曾采用液壓驅(qū)動方式，但液壓Atlas在運動過程中會發(fā)出“嗡嗡”的噪聲，Dhanush曾在一段訪談中透露，Clone Robotics采用和液壓Atlas完全不同的閥門來控制和調(diào)節(jié)液體的流動，從而降低噪音。
研究完仿生機械手和軀干，Clone Robotics基本完成對人形機器人“上半身”的探索，接下來，他們將目光轉(zhuǎn)移到“下半身”。
2024年 年底，Clone Robotics發(fā)布第三款產(chǎn)品，全人形機器人Clone Alpha.
比機械手和軀干更精進的地方是，Clone Alpha配備了一套仿生合成系統(tǒng)，它擁有復(fù)雜的合成器官，Clone Alpha的“心臟”是一臺微型500W電動泵，能夠以6.8巴的壓力將“血液”（實際為液壓油）輸送到全身各部位。
Clone Alpha的聚合物骨架中包含206個類似人類骨骼的結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)由一臺緊湊型500瓦泵提供動力，形成液壓“血管網(wǎng)絡(luò)”以支持運動功能。
根據(jù)Clone Robotics官網(wǎng)表示，他們將會生產(chǎn)279臺限量版Clone Alpha，這些機器人將專門用于家庭場景，會被提前預(yù)裝如對話、與朋友握手、倒飲料、做三明治等16項技能。
但目前公司還沒有進一步展現(xiàn)Clone Alpha在實際應(yīng)用場景中的表現(xiàn)。
至此，從機械手到上半身，再到復(fù)刻人類肌肉骨骼的全身機器人，Clone Robotics完成了一幅西部世界草圖。
機器人需要無死角像人嗎？
大多數(shù)仿生機器人的產(chǎn)品都屬于“部分仿生”，雖然都有一定的成果，但它們的機器人還沒有探索出可以量化使用的場景。而Clone Robotics對于仿生的極致追求，會給仿生機器人的應(yīng)用場景帶來不一樣的價值嗎？
仿生機器人分為兩個派別，分別是“表情派”和“全身派”。“表情派”追求機器人面部與人類“神似”，更注重通過表情向人類傳遞出更自然的精神交流；而“全身派”則對仿生的追求更加極端，要求機器人渾身上下都和人類相似。
Hanson Robotics和Engineered Arts是“表情派”的兩家代表公司。
Hanson Robotics創(chuàng)建了世界上第一款擁有表情的雙足機器人Albert HUBO、第一個獲得阿拉伯公民身份的機器人Sophia。
（左：Albert HUBO 右：Sophia）
Albert HUBO結(jié)合了愛因斯坦的頭部和人形機器人HUBO的身體，它可以調(diào)動眼睛和眉毛的動作，傳遞出一種深邃與思考的表情，讓外界覺得這張臉充滿“智慧”。但自從2005年在亞太經(jīng)合組織會議上亮相引發(fā)討論之后，關(guān)于它的消息逐漸減少，直至目前已經(jīng)被新的機器人所取代。
Sophia長著一張成熟女性的臉龐，可以變換62種表情，她的定位是一位全球形象大使，在全球各地參與演講和展示，交流氣候變化、藥物濫用和法律等多方面的問題。
另一家用類似路線做機器人的公司是Engineered Arts，2021年推出的表情機器人Ameca除了擁有豐富的表情，還能夠模仿不同人物的聲音和語調(diào)，包括公眾人物和卡通角色，它的應(yīng)用場景集中在商場、展會等招待場景以及學(xué)術(shù)交流場景。
（圖源：Engineered Arts@YouTube，機器人Ameca）
與它們比起來，Clone Robotics是一家十分孤獨的公司，它是執(zhí)著于讓機器人“無死角”像人的“全身派”企業(yè)，不僅要求長得像，還要求機器人“有血有肉”。
而這一差異的原因之一，在于它們對仿生機器人應(yīng)用場景的思考不同。“表情派”們常常以娛樂和形象大使的定位出現(xiàn)，“全身派”則更希望能夠在場景變化豐富的家庭之中服務(wù)人類。從Clone Alphia預(yù)裝的功能來看，家庭場景是其重點突破的領(lǐng)地。而“安全”和“有用”，是家庭場景的機器人最關(guān)注的兩個因素。
雖然“表情派”們會采用與人類皮膚接近的材料來制作機器人的臉部，但它們的身體依舊由冰冷的鋼鐵和執(zhí)行器制造而成，這樣的本體結(jié)構(gòu)在喧囂的公共場合或許很合適，但一旦用于家庭場景就會面臨諸多挑戰(zhàn)，比如散熱和噪音。
采用鋼鐵材料的機器人本體主要通過電機驅(qū)動，電機長時間運行會產(chǎn)生熱量，特別是在高負載情況下，機器人需要做額外的散熱設(shè)計，為了擴大散熱面積，通常需要更厚的材料或附加設(shè)備，一個笨重的機器人在家庭場景行走，不僅會發(fā)出更大的噪音，對老人和兒童的人身安全也會產(chǎn)生隱患。
而仿生機器人通常使用低熱導(dǎo)性的柔性材料，內(nèi)部發(fā)熱元件較少，散熱需求更低。其內(nèi)部采用的液壓或氣動驅(qū)動方式，比鋼鐵材料本體的齒輪驅(qū)動系統(tǒng)更安靜。
從這個角度來看，Clone Robotics這種“全身派”的仿生機器人，比只有面部仿生的“表情派”更符合家庭使用場景，這或許也是Clone Robotics追求無限像人的價值所在。
結(jié)語
人類目前的構(gòu)造本身是百萬年來自然進化的產(chǎn)物，直立行走帶來視野提升，解放雙手為工具使用和復(fù)雜勞動提供了可能。但從另一個角度來看，這樣的構(gòu)造也是人類與自然妥協(xié)的結(jié)果，雙腳站立并不是唯一的最優(yōu)選擇，其它四足生物的運動效率可能更高；人類雙手適合精細操作，但相比較于靈長類動物握力和攀爬能力明顯減弱。
可見，人類的身體并非完美的設(shè)計，而是一種環(huán)境適應(yīng)的產(chǎn)物。同樣，機器人無限像人，也并不一定是一個最優(yōu)解。
但不可否認的是，擁有類似人類外形的機器人更容易被接受，因為它們契合了人類的心理預(yù)期和情感需求。
所以，機器人設(shè)計的目標可以不限于模仿人類，而是找到技術(shù)最優(yōu)與人類需求之間的平衡點。
Clone Robotics的仿生追求雖然十分極端，但這也是需求平衡點的一種嘗試，只是，它的商業(yè)價值還有待市場驗證。
參考資料：
https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/rorep.2023.29000.int
Meet Clone Alpha: A Humanoid Robot Built with Synthetic Organs and Artificial Muscles
