二十年前,日本本田的阿西莫机器人能跑能跳、端茶递水,让全世界都以为“机器人的未来属于日本”。
可现在呢?中国和美国已经把日本远远甩在身后,尤其是中国,在机器人领域成了绝对的领跑者。
有人说这是因为中国供应链牛,机器人配件又快又好又便宜。确实,以前日本一台阿西莫卖250万美元,现在中国同类机器人十几万就能拿下,性能还更强。但供应链再好,也解释不了价格差了上百倍啊!
真正的“杀手锏”是神经网络!它的出现让机器人成本暴跌,直接把日本几十年的技术积累给颠覆了。
传统机器人:精致的“绣花枕头”
假设你是程序员,要给机器人设计“大脑”,你会咋做?
大多数人会在电脑里给机器人建模:关节多长多重、电机多大力……比如让机器人抓手机,就得计算手的运动轨迹,控制电机张合,还要根据手机重量和摩擦系数算电机的力,甚至得算整个系统的重量来让电机稳定托举。
这就是日本当年用的MPC(模型预测控制),靠物理模型来控制机器人。简单说,就是在电脑里建个虚拟物理世界,把现实里的加速度、摩擦力这些物理法则都塞进去,让电脑自己算每个电机该出多大力。
思路是挺对,但问题大了去了,现实和模拟差太多了!
一方面,现实世界太复杂,根本没法完美建模到电脑里;另一方面,机器人的执行器也不可能完美执行电脑的命令。
打个比方,电脑里设定了地板和机器人的摩擦力,但你打个喷嚏,飞沫落到地上,摩擦力就变了;瓷砖地面的微小纹理变化,也能让机器人打滑摔倒。更别说还有风、电机卡毛、工人忘拖地、螺丝没打紧这些变量了,机器人能不出问题吗?
而且机器人的硬件也不可能绝对精密,减速器齿轮的微小旷量会让机器人抖动,编码器的一点点误差,可能让机器人因为0.1毫米的偏差就大幅晃动甚至摔倒。
所以日本当年造的机器人,更像个超精密仪器,得花大价钱打造,一台卖250万美元。这么贵,高校和科研机构根本用不起,最新技术没法在它身上应用,自然就慢慢落伍了,既烧钱又没法商业化,日本的机器人时代就这么凉了。
神经网络:机器人的“野路子学霸”
到了2010年代,神经网络(尤其是强化学习)横空出世,彻底改变了游戏规则。
强化学习是啥?它基于一个巨大的行为矩阵,电脑可以在里面随机选择驱动机器人关节的方式。一开始可能是“乱扭”,但通过奖励-惩罚机制,它会慢慢“学”会正确的动作,比如往前走就奖励,没往前走就惩罚,练着练着就会走路了。
这过程看着简单,效果却秒杀传统的MPC方法。核心原因是它能暴力解决“模拟-现实落差”。
现实中影响机器人的因素太多了,工程师根本列不完。传统算法应对不确定因素的能力(鲁棒性)很差,而神经网络靠参数随机化就能解决。
什么是参数随机化?就是人为给神经网络加“麻烦”。比如机器人在模拟环境里跑稳了,就给它加随机的风,让它被吹得东倒西歪,逼着它学怎么在有风的时候保持平衡。这个过程不需要工程师去算流体力学,神经网络会像人试错一样,靠经验学出一个包含数百万甚至上千万参数的矩阵,从而应对各种情况。
这就像小朋友学用筷子,不会去算杠杆原理、摩擦系数,就是一遍遍试,最后就会了。神经网络控制机器人也是这样,不需要复杂的物理模型,全靠经验和“直觉”。哪怕机器人硬件减配、满身瑕疵,把这些“烂摊子”丢给它,它也能通过训练跑起来。
范式革命:从“精密控制”到“野蛮生长”
这是一种思路的彻底转变。以前我们觉得控制事物得掌控所有细节,比如工业机械臂,每个关节都得是精密仪器。但人形机器人要面对的现实世界变量太多了,这种思路行不通。
神经网络是个“黑箱”,经验自己学,但也正因为这样,任何问题都能丢给它去训练解决。
机器人领域更偏向工程,它的深度在于如何适应现实世界的复杂。当我们深入了解后会发现,我们日常拿手机、用筷子这些不经意的动作,背后都有大学问。而当工程师想让机器人做这些动作时,才会发现看似简单的事,原理竟如此深奥。
现在你知道了吧?不是日本机器人不行了,是神经网络这个“新玩法”,彻底改写了机器人控制的游戏规则!
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