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Kristin Weswoo
Aug 30, 2023
自主化机械人已逐渐变得无处不在。
自动吸尘器、自动割草机、会简朴交互的小玩具，以及呼之欲出的自动驾驶汽车，都可以看作是一个能实现某种自动功效的机械人。
一辈接着一辈，我们一直在期待泛起《星球大战》中的那种智能机械人。然而，现实的情形却是，那种以人体剖解学为灵感举行硬件设计、能完成种种义务、知足“通用”需求的机械人，却离我们越来越远。
诸如Willow Garage的PR2，或者Rethink Robotics的Baxte之类的人形机械人，是我们一直都在研究的，但事实上，这类机械人已经一败涂地了。
Willow Garage机械人
确立一家机械人公司很艰难，既要思量商业风险和手艺风险。现在，业界整体趋势是要从销售一个机械人过渡到销售一种现实服务，例如修剪草坪，提供出租车，完成零售订单或按磅采摘草莓。
然而，这显然无法知足R2-D2和C-3PO（星球大战中的机械人）兴趣者们的理想。
上面提到的这种商业模式强调的是制造适用于某一项详细义务的、房间或冰箱巨细的专用机械人，而不是一个神通宽大、无所不能的通用机械人。
现实上，我们在小我私人盘算机（PC）行业中看到了异常相似的生长趋势。在1950年月，纵然盘算机可以像整个房间一样大，而且只供少数特定的人使用。不外，民众对盘算机的未来充满理想。在那段时间里，对盘算机的种种虚构意象最先进入人们的视线。
约翰·茂奇利（John Mauchly）在1962年的《纽约时报》上，揭晓了一篇题为“用掌上电脑取代购物清单” 的文章，异常有远见识提出：“未来的小孩一定能玩转小我私人盘算机。”
1968年，道格拉斯·恩格尔巴特给出了一个令人遐想纷纷的演示，包罗了在图形屏幕上浏览超文本、运用鼠标——没过几年，这些演示就成为了现实。
由此看来，深入探讨盘算机革命乐成的要害要素，可能会辅助我们进一步看清机械人手艺生长现状，以及下一步我们应该怎么做。
盘算机与机械人的共性
1970年月，大型主机即将被像冰箱那么大的微型盘算机所取代，其价钱不到25,000美元（相当于2019年的165,000美元）。
这些盘算机并不使用打孔卡，然则可以用Fortran和BASIC举行编程，从而大大降低了确立应用程序的难度。然而，那时人们并不清晰，在需要快速、高效地处置大量数据的应用中，微型盘算机是否能够取代大型主机，更不用说让微型盘算机进入每个家庭。
这与现在的机械人行业异常相似。1960年月兴起的大型工厂机械人（大型主机）感受到了现在快速生长的协作式机械人的竞争，这些机械人可以平安地靠近人类事情，而且可以被简朴地安装和编程（犹如小型盘算机）。在1970年月，这些数目异常有限的装备应用价钱可以媲美一辆豪车的系统，而且很难想象它们能成为消费产物。
然则，就像盘算机行业的生长一样，一个乐成的系统结构会迅速被克隆，从而降低其价钱。
当前，种种关于若何架构、编程机械臂的新方式不停涌现，机械臂制造商和自动推车、机械抓手以及传感器制造商举行了团结。这些组件可以搭配在一起，为建设一个类似于IBM PC模子、功效壮大、尽可能依赖通用模块开放式架构的尺度通用平台铺平了蹊径。
鉴于通用盘算机（也称为“小我私人盘算机”）花了数十年的时间才泛起，通用机械人系统也由于类似的缘故原由而暂未乐成。大型主机是为每种应用程序定制的。就好比只管打字机越来越智能化，但却并不能直接整合到通用盘算机上。事实上，思量到当前自主机械人的硬件成本及其相对较少的功效，比起让一个协作式移念头械手智能化，还不如直接制作一个专用的机械。
一个现实的例子是电子商务中的商品客栈。当前的趋势是在实体商铺中预留一部门空间给一个微型的客栈中央，该中央通过自动检索系统和（人工）拣选机将货物装在小箱子中。
许多创业公司如Alert Innovation，Ocado Technology，TakeOff Technologies和Tompkins Robotics等最近筹集了数亿美元的风险投资，以制作等同于机械人客栈中央的大型主机。这个功效与机械拣选器是相反的，后者可以穿过走廊，把物品从货架上挑选，举行补货。
这样的一个机械人客栈治理员将异常靠近我们对通用机械人的愿景，但我们需要大量这样的机械人，才气像真正的小型客栈一样每小时执行数百个下令。由于零售业的利润率已经很低，因此纵然再有用，该行业也不太可能发生我们所需要的手艺上的飞跃，制造出配备C-3PO的机械人。
大型主机也会从另一方面受到挑战。对新数字手艺的贪恋引领了一场兴趣者运动，他们自己缔造微型盘算机，并通过邮寄订单或在RadioShack举行销售。
最初，许多小型企业通常以成套木制外壳的形式出售数十台，最多数百台装备。这种趋势在泛起以Apple II，Commodore PET和Tandy TRS-80为代表的“ 1977 Trinity”时，到达巅峰。这些完整的盘算机的售价在今天的2500美元（TRS）到5000美元（Apple）之间。
这些盘算机的主要应用是它们的可编程性（基于BASIC），能够辅助消费者“学习绘制生物节律，平衡支票账户，甚至控制家庭环境”。同样地，另有许多小工具可以探索机械人手艺的差异方面，例如移动性，操作性和娱乐性。
就像刚起步的小我私人盘算行业一样，广告功效充其量只是真实生意的模子。现在，娱乐机械人手艺的一个里程碑是最初的索尼公司的Aibo。这是一款机械狗，被宣传具有真正的狗的许多特征，若有自己的性格，会玩玩具以及与主人举行互动。
该款产物于1999年宣布，并于2018年重新推出，在喜欢其可编程性的兴趣者和学者中，有一群忠诚的粉丝，但可能只有少量用户能接受它作为宠物替换品。
其他另有许多的“自行组装机械臂”工具包，如uArm就是一个对照乐成的例子，它的售价约为800美元，在广告中，它能做包罗取放物体，组装，3D打印，激光镌刻等其他听起来异常有价值的事情。通过异常吸引人眼球的视频，来展现机械人能在受限的环境中执行这些操作，已经乐成举行了两次众筹流动，并将机械人确立为一种乐成的教育工具。
最后，另有一些平台可以让编程兴趣者探索、建构机械人的移动性，让它能在屋子周围巡逻、拿器械或者提供网真能力。一个典型的例子就是Misty II。但就像原始的Apple II一样，硬件价钱与可应用程序的保真度之间仍然存在脱节。
对于盘算机而言，这种脱节随着1979年哈佛的第一个电子表格软件VisiCalc的发现而逐渐消逝，并促使许多人购置了一整台微型盘算机来运行该程序。VisiCalc之后又泛起了文字处置应用程序WordStar，其售价以今天的美元成交价算靠近2000美元。WordStar也吸引了许多人购置盘算机，仅仅只是为了使用该软件。这两个应用程序是被称为“杀手级应用”的早期示例。
随着工厂自动化的逐渐成熟，与微型盘算机一致价钱的机械人已经能够四处行驶并自动执行许多操作义务。现在的机械人工业，就像曾经1973-1979年之间的盘算机工业：1973年宣布的Xerox Alto是第一个带有图像化用户界面、鼠标和特定软件的盘算机，1979年最先微型盘算机的价钱逐渐跌至5000美元以下。
机械人的“杀手级应用”
那么，机械人手艺要怎样才气像盘算机一样不停地连续深入生长呢？
市场的需求可以告诉我们“杀手级应用”可能是什么样的。风险投资人和用户往往会刷新那些早先有远大目的的公司，让他们只聚焦细小功效。这些公司通常提供的产物都是异常类似的，如自动推车、取货、装货、卸货、分拣等解决方案。这些公司一样平常都是为某个垂直行业提供单个应用服务，如从箱子里拿衣服、运送客栈货物或者按磅采摘草莓等。他们试图证实他们的手艺简朴而高效。
然而，这些公司很少能够真正做大。其中一个例子是Kiva系统，现在成了亚马逊的后勤机械人部门。Kiva以及其他一些类似的公司，都是围绕基于用户普遍需求的合理价值举行架构。然则，由于他们的解决方案过于特定化，因此很难发生大规模的经济效益，无法像早期的盘算机一样，用户会购置昂贵的小型盘算机来使用电子表格和文字处置应用服务。只有当这些功效最先可复适时，才气让机械人解决方案加倍有趣、吸引人。好比，不再单一地使用机械人从箱子里或拿器械、或装货、或运输，而是用同样的硬件整合三个手艺来重构、建模机械人服务功效。
历史上，一直是由等同于机械人的大型主机来解决简朴的电子机械装备组装问题，然则很少有创业公司能提供完善的解决方案。事实上，组装电子机械部件，就相当于换灯泡、换遥控器中的电池，或者对杠杆式意式咖啡机中的零部件举行调养。这些义务的自动执行，意味着可以使用单个机械执行一套完整的事情流程，最终大幅提升跨领域工业生产率。例如，从一个箱子中拿出一个物体，将其放在机械人上，运送到其余地方，放置在架子上或者机械上，这个完整的流程既适用于制造业事情环境，也适用于零售商铺，甚至是一个小小的厨房。
只管上述的许多应用都将逐步成为现实，然则若是没有能提供“杀手级应用”的功效，我们仍很难搭建一个有价值的应用平台。
Rethink Robotics的Baxter和Sawyer机械人率先缔造了不错的用户体验（如1973年的Xerox Alto，事实意义上的第一台PC），然则其应用也仅限于简朴的拾放、装货、卸货等功效，很难拓展到其他领域。
ROS率先开发了一款历程间通讯软件，基于模块化的头脑，可顺应机械人应用的差异需求（多台盘算机，差其余编程语言）。然而，由于缺乏通用的硬件平台，尚不能实现单个的应用，好比导航、路径设计或者抓取。这款软件的性能已超出研究品级水平，并能应用于生产环境。同时，越来越多的机械人装备，如智能化的机械臂、3D知觉系统等，都可以不再使用盘算机作为中介举行毗邻，还能实时监控硬件使用信息。
再举个栗子。在Robotic Materials，少数几个应用程序上已经取得了对照大的希望，如从箱子中拿出物体并举行组装，只需单击就连系机械学习和用户界面优化，对这个功效举行设置。在这个应用中，用户可以界说物品种别、若何使用Web浏览器举行抓取，然后在特定给机械人使用的图像编程语言中以最好的方式举行展现。这套流程也被应用到了组装功效上，用户通过简朴地拖拽下令语句就可以将基于感知的拾取和基于力的组装功效举行设置。
虽然这种方式可能可以到达等同于“小型盘算机”领域内的杀手级应用价值，但我们还不清晰若何通过低于5000美金的机械人来发生这种效益。
解决方案可能有两种：
一是随着低成本装备、移动平台和娱乐装备的不停进化，最终会泛起手艺可行性与用户创新的汇聚融合，像Apple II和VisiCalc。举个例子，将Misty改立室庭平安系统，将uArm应用到低成本的拾取系统，将类似于Aibo的装置放入自闭症老人或儿童的治疗系统中，都是可行的方案。
二是机械人及其组件必须变得异常廉价。凭证摩尔定律，盘算机的盘算能力呈指数级增进，盘算机的价钱呈指数级下降。盘算机的生长同样也能促进机械人手艺的生长，得益于对大量的图像数据和深度数据举行实时处置的能力，我们可以在移动性和操作性方面取得突破性希望，而且我们以为这一征象将继续连续下去。
机械人手艺有摩尔定律吗？
人们可能会问，对于整个机械人（包罗所有电机和齿轮）来说，若何具有类似的动力学特征，机械人行业是否也有“摩尔定律”？
我们要知道，摩尔定律的连续性，不是PC革命的缘故原由，而是效果。盘算机领域的第一批杀手级应用如统计、编辑以及小游戏等异常优异，它们释放了伟大的消费者需求，一遍又一各处突破了知识中的自然可行性基准。我还异常深刻地记着，在DSL泛起之前，56kbps是铜电话线的绝对最大速率。
汽车工业的生长深刻地证实晰规模经济也适用于电子机械领域。2020 Prius Prime是一个很好的例子，这是一款高度盘算机化的插电式夹杂动力车，价钱仅为Robotic Materials的GPR-1移念头械手的三分之一，而运行庞大度却要高许多，可使用电念头、内燃机，以及种种传感器和盘算机。我们可以想象，一旦机械人手艺在民众市场上能具有相类似的吸引力，那就有可能生产出一种零售价钱仅为汽车十分之一的移念头械臂。鉴于机械人是现代工业中的一个要害环节，可以有用地降低生产成本，因此，这种可能性将会以工业历史上亘古未有的速率发生。
另外，另有一种驱力，可以让机械人的可用性功效成指数式增进，那就是云盘算。当一个通用的机械人学会、或者被赋予了某种新的手艺，就能和其他所有的机械人举行共享。在这种情形下，杂货店可以买到一个假设已经能区分和处置店里99%零售商品的机械人。同样地，生产商可以假设机械人能够处置和组装来自McMaster-Carr和Misumi的所有产物。最后，在家庭环境下，也可以假定机械人知道每一种宜家和Pottery Barn出售的每一种厨房用品。这听起来是一个劳动麋集型的问题，然则比起使用汽车、三轮车和雪地摩托来为Google街景网络镜头来说，它可能更易于治理。
机械人创业战略
现在，我们还在守候“更好的应用程序”、“更低的硬件成本”这两个趋势的融合。但在守候之余，我们也要继续探索除移动、拾取、装货、卸货、组装等典型的机械人应用程序之外的机械人功效。我们还要解决一些基个性的挑战，更够让这些解决方案加倍具有通用性和鲁棒性。
对于这两个问题，研究对小我私人盘算机开发至关主要的战略可能会有所辅助，这些战略同样适用于机械人手艺：
从解决客户的问题最先。不幸的是，他们的问题从来都不是对传感器、小部件或者一段代码的需求，而是已经为他们带来成本的、发生消极影响的器械。好比，许多人在用BASIC编写税金盘算方案时，都市泛起问题，以是才会想去购置VisiCalc。
尽可能少地制造自己的硬件。您的营业模子应该要比硬件盈利的能力更强。好比，若是你能编写出最好的打字应用程序，让人愿意为此去购置一台盘算机，那为什么还要去制造一台自己的打字机呢？
若是您的目的是搭建平台，请确保它带有杀手级应用程序，保证平台的合理性。好比，小型盘算机公司起升下降，直到“1977 Trinity”与电子表格和文字处置这类杀手级的应用举行团结。
使用开放式架构，确立一个开源的生态系统。在这个生态系统里，其他人能缔造更好的组件和外围装备，同时也能将您的解决方案整合到他们的装备。好比，Apple II和IBM PC都是完全开放的系统结构，支持多种复制克隆，从而扩大了用户和开发职员基数。
这是一个异常值得追求的目的。在大多数营业流程已经数字化的情形下，通用机械人将使我们能够填补移动性和操作性方面的空缺，在有限的资源和能量的情形下，提升生产率，这可能会缔造出一个以缔造力为基本钱币的理想天下。
也许，《星球大战》中R2-D2机械人在不久的未来就会酿成现实。
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