人形機(jī)器人：商業(yè)奇點(diǎn)已至，國產(chǎn)替代可期

陳剛 丁昊 王天一 浦俊懿 楊震 陳超 蒯劍 覃俊寧

我們又一次站在了歷史發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)上。

回首21世紀(jì)，一再有顛覆性技術(shù)給世界以震撼：第一個(gè)十年，智能手機(jī)改變了人類的生活方式，全球互聯(lián)，有效破除了信息壁壘，知識(shí)智慧實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共振，激發(fā)和加快了全人類的科技革新；第二個(gè)十年，新能源汽車嶄露頭角，以清潔、高效、智能成為人類應(yīng)對能源危機(jī)的綠色答案；而第三個(gè)十年，人形機(jī)器人成為人口快速老齡化難題的最優(yōu)解，結(jié)合當(dāng)前最前沿的AI、通訊、硬件等技術(shù)，高智能化的人形機(jī)器人可以成為一種有效的輔助工具，來幫助照料、陪伴老人以及補(bǔ)充勞動(dòng)力缺口等等，這是人形機(jī)器人問世的現(xiàn)實(shí)意義。

人形機(jī)器人是跨時(shí)代的產(chǎn)品，有望開啟下一個(gè)十年產(chǎn)業(yè)大周期。從全球范圍看，其已有商業(yè)應(yīng)用落地在巡邏、物流倉儲(chǔ)等領(lǐng)域，商業(yè)化進(jìn)程領(lǐng)先的產(chǎn)品有EVE和Digit，未來更有望滲透進(jìn)服務(wù)、制造、航天等領(lǐng)域，預(yù)計(jì)2025年將實(shí)現(xiàn)制造業(yè)場景應(yīng)用的突破，小批量用于電子、汽車等生產(chǎn)制造。

在政策、資本以及技術(shù)的多維度賦能下，人形機(jī)器人市場的潛力有望加速釋放。根據(jù)2023年5月高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）的預(yù)測，到2026年，全球人形機(jī)器人在服務(wù)型機(jī)器人中的滲透率有望達(dá)到3.5%，市場規(guī)模超20億美元，到2030年有望突破200億美元。

以中國服務(wù)機(jī)器人約占全球市場份額25%的數(shù)值測算，2030年，中國人形機(jī)器人市場規(guī)模將達(dá)50億美元。

2024年，則堪稱人形機(jī)器人商業(yè)化元年。

海外巨頭引領(lǐng)，國產(chǎn)跟進(jìn)，商業(yè)奇點(diǎn)已至

每次科技革命必將催生偉大的企業(yè)。正如蘋果之于智能手機(jī)、特斯拉之于新能源車，人形機(jī)器人時(shí)代的偉大企業(yè)正呱呱落地。特斯拉和英偉達(dá)等海外巨頭引領(lǐng)這一領(lǐng)域的發(fā)展。

在海外，特斯拉人形機(jī)器人進(jìn)展迅速，在兩年不到的時(shí)間內(nèi)完成了開發(fā)平臺(tái)建造、擎天柱（Optimus）產(chǎn)品亮相及電機(jī)扭矩控制、環(huán)境探測與記憶、雙手復(fù)雜任務(wù)等能力的實(shí)現(xiàn)。截至2023年8月，至少有5個(gè)擎天柱機(jī)器人原型建成并能夠行走。馬斯克預(yù)計(jì)，擎天柱將大規(guī)模量產(chǎn)至百萬量級，預(yù)計(jì)單臺(tái)成本或?qū)⒌陀?萬美元。

英偉達(dá)則下場開發(fā)自有大模型，于2024年3月發(fā)布全球首款人形機(jī)器人通用基礎(chǔ)模型ProjectGR00T。英偉達(dá)構(gòu)建了AI、Omniverse、ISAAC三大平臺(tái)，分別對應(yīng)DGX、OVX、AGX系列產(chǎn)品，用于訓(xùn)練和推理人工智能系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生的計(jì)算系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)人工智能機(jī)器人的仿真訓(xùn)練和推理。2024年2月，英偉達(dá)成立新部門GEAR（通用具身智能體研究），由AI高級研究科學(xué)家、AI代理計(jì)劃負(fù)責(zé)人范麟熙（JimFan）和朱玉可（YukeZhu）教授領(lǐng)導(dǎo)，專注于四大關(guān)鍵領(lǐng)域，包括多模態(tài)基礎(chǔ)模型、通用型機(jī)器人研究、虛擬世界中的基礎(chǔ)智能體、模擬與合成數(shù)據(jù)技術(shù)。

在英偉達(dá)的持續(xù)發(fā)力下，通用人形機(jī)器人有望更快進(jìn)入工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域。2023年英偉達(dá)業(yè)績迅猛增長的動(dòng)力主要來自GPU與算力，而其下一個(gè)增長點(diǎn)則可能體現(xiàn)在對機(jī)器人開發(fā)的賦能上。

除了巨頭爭相布局，人形機(jī)器人初創(chuàng)公司也獲得了資本的關(guān)注。

美國的FigureAI于2024年2月宣布獲得6.75億美元的融資，來自微軟、英偉達(dá)、OpenAI及亞馬遜創(chuàng)始人貝佐斯等，其估值達(dá)到26億美元。FigureAI成立于2022年，去年獲得首輪7000萬美元融資，其開發(fā)的通用機(jī)器人Figure01外觀和動(dòng)作與人類相似。2024年1月，F(xiàn)igureAI宣布將Figure01送入寶馬位于美國南卡羅萊納州的斯巴坦堡工廠做試點(diǎn)“實(shí)習(xí)”。

成立于2014年的1XTechnologies（簡稱1X）位于挪威。1X的旗艦產(chǎn)品EVE已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。2022年，1X首次達(dá)成商業(yè)合作，銷售至少140臺(tái)EVE機(jī)器人，用于美國商業(yè)場所的安保。其還為醫(yī)院等機(jī)構(gòu)提供了約250臺(tái)EVE機(jī)器人，用于夜間警衛(wèi)。其新一代產(chǎn)品NEO還在研發(fā)中，特點(diǎn)為輕量化和無齒輪設(shè)計(jì)，可以處理物流、制造、操作機(jī)械等工業(yè)任務(wù)，提供清潔、整理家務(wù)等生活服務(wù)。

2023年3月，1X獲得由OpenAI創(chuàng)業(yè)基金領(lǐng)投的2350萬美元融資，成為OpenAI投資的第一家硬件公司。雙方將在AI技術(shù)與機(jī)器人雙向融合方面合作。1X的機(jī)器人為OpenAI的AI系統(tǒng)提供了絕佳的物理測試環(huán)境，從而增強(qiáng)其泛化能力和魯棒性；OpenAI的技術(shù)則將使1X機(jī)器人的學(xué)習(xí)理解能力更上一個(gè)臺(tái)階，創(chuàng)造真正的“RobotGPT”。

在國內(nèi)，國產(chǎn)人形機(jī)器人也正迎來商業(yè)奇點(diǎn)。

人形機(jī)器人具備“AI+高端制造”雙屬性，已成發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的熱門領(lǐng)域。2023年11月，工信部《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》明確指出，人形機(jī)器人集成人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)，有望成為顛覆性產(chǎn)品，深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

華為、比亞迪、寧德時(shí)代、小鵬等已紛紛布局于此，2023年，國內(nèi)車企入局之勢明顯（表1）。2023年10月，小鵬發(fā)布了首款人形機(jī)器人PX5。其創(chuàng)始人何小鵬認(rèn)為，自動(dòng)駕駛本質(zhì)上是機(jī)器人科學(xué)，智能汽車公司最終也會(huì)和機(jī)器人公司在技術(shù)、產(chǎn)品、生態(tài)等方面融合。

表1 ：華為、比亞迪、寧德時(shí)代、小鵬等紛紛入局機(jī)器人領(lǐng)域

數(shù)據(jù)來源：科創(chuàng)板日報(bào)、新浪財(cái)經(jīng)網(wǎng)、搜狐網(wǎng)、東方證券研究所

作為新興產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略領(lǐng)導(dǎo)者和門戶看守者，國內(nèi)人形機(jī)器人企業(yè)正在茁壯成長，未來或出現(xiàn)蘋果、特斯拉這般帶動(dòng)整條產(chǎn)業(yè)鏈成長的龍頭企業(yè)。

優(yōu)必選是國內(nèi)最早研究人形機(jī)器人的企業(yè)之一，其成立于2012年3月，總部位于深圳。優(yōu)必選從伺服舵機(jī)研發(fā)起步，逐步推出了消費(fèi)級人形機(jī)器人、教育智能編程機(jī)器人、商用服務(wù)機(jī)器人、智能巡檢機(jī)器人等產(chǎn)品，2023年12月在港交所上市，成為中國“人形機(jī)器人第一股”。

優(yōu)必選于2016年開始研發(fā)人形機(jī)器人Walker系列，2018年推出第一代大型雙足仿人服務(wù)機(jī)器人，成為中國首家實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人商業(yè)化的企業(yè)。Walker系列產(chǎn)品已幾經(jīng)迭代，2019年推出的第二代Walker在央視春晚進(jìn)行了表演。同時(shí)，優(yōu)必選還開發(fā)了機(jī)器人操作系統(tǒng)應(yīng)用框架（ROSA），是全球少數(shù)完成小扭矩到大扭矩伺服驅(qū)動(dòng)器批量生產(chǎn)的公司之一。

初創(chuàng)公司傅利葉智能成立于2015年，總部位于上海張江機(jī)器人谷，是國內(nèi)康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)軍企業(yè)。其早期專注于醫(yī)療康復(fù)外骨骼機(jī)器人，已推出30多個(gè)系列產(chǎn)品，服務(wù)于全球2000多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。

傅利葉智能2019年啟動(dòng)通用人形機(jī)器人項(xiàng)目，2023年7月發(fā)布首款通用雙足機(jī)器人產(chǎn)品GR-1，并于9月開啟預(yù)售，商業(yè)化進(jìn)展迅速。GR-1身高165厘米，體重55千克，全身自由度54個(gè)，步行時(shí)速可達(dá)5千米，具備快速行走、敏捷避障、穩(wěn)健上下坡、抗沖擊干擾等功能。

同被市場關(guān)注的智元機(jī)器人成立于2023年2月，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)包括華為天才少年“稚暉君”彭志輝、上海交大教授閆維新等。創(chuàng)立僅半年，智元機(jī)器人就于2023年8月發(fā)布了人形機(jī)器人遠(yuǎn)征A1。其身高175厘米，體重55千克，全身有49個(gè)以上自由度，步行時(shí)速可達(dá)7千米，膝蓋采用反關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，向后彎曲可以擁有更大的空間，靈巧的手指尖集成了基于視覺的指間傳感器，可以分辨物體的顏色、形狀甚至材質(zhì)，并搭載了TeraFlops的高算力芯片，具備多模態(tài)感知、少樣本學(xué)習(xí)、任務(wù)閉環(huán)等能力。遠(yuǎn)征A1預(yù)計(jì)2024年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，售價(jià)在20萬元以內(nèi)，將首先應(yīng)用于3C制造、汽車制造等領(lǐng)域。

小市值公司有望成長為大市值巨頭，國產(chǎn)廠商將迎高光時(shí)刻

軟件決定人形機(jī)器人的高度，算法需與硬件匹配。人形機(jī)器人本質(zhì)是AI系統(tǒng)落地物理世界的最佳載體，算法是核心。機(jī)器人的輸出包含了虛擬與物理兩種能力。雖然從本體硬件上看，人形機(jī)器人當(dāng)前存在抗壓硬度與靈敏度不足的問題，但更核心的問題在于算法對運(yùn)動(dòng)能力的控制。這需要成熟的感知系統(tǒng)基礎(chǔ)、強(qiáng)大的算法來分解任務(wù)和規(guī)劃動(dòng)作、大模型不斷仿真訓(xùn)練，同時(shí)要求算法與硬件相匹配。這要求機(jī)器人企業(yè)自研算法，并持續(xù)更新迭代。

在硬件方面，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分為上中下游，上游主要是核心零部件，例如無框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)、傳感器、專用芯片等；中游為機(jī)器人本體制造，包括設(shè)計(jì)、制造、測試三大環(huán)節(jié)；下游為應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)制造、倉儲(chǔ)物流、醫(yī)療服務(wù)、商業(yè)服務(wù)、家庭使用等。

根據(jù)TeslaAIDay的預(yù)測，以特斯拉擎天柱為例，2023年人形機(jī)器人核心零部件價(jià)值量排名前三的領(lǐng)域是無框力矩電機(jī)、減速器和力傳感器。2030年，無框力矩電機(jī)的價(jià)值量占比下降，另兩者占比上升，且力傳感器將超過減速器，排名第二，三者合計(jì)占比仍超過50%。

從成本看，空心杯電機(jī)、無框力矩電機(jī)等降本空間較大；從國產(chǎn)替代看，人形機(jī)器人執(zhí)行器的關(guān)鍵零部件如絲杠、減速器、電機(jī)等高端領(lǐng)域的產(chǎn)品國產(chǎn)化率較低，尤其是行星滾柱絲杠、空心杯電機(jī)、慣導(dǎo)imu等，替代空間大（表2）。

表2 ：中國人形機(jī)器人行業(yè)核心零部件的國產(chǎn)替代空間和代表企業(yè)

數(shù)據(jù)來源：Tesla Al Day、各公司官網(wǎng)、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、東方證券研究所

高頻出臺(tái)的政策助推下，人形機(jī)器人發(fā)展有望加速，技術(shù)升級、產(chǎn)品發(fā)布及產(chǎn)業(yè)鏈驗(yàn)證有望持續(xù)出現(xiàn)，機(jī)器換人和國產(chǎn)替代趨勢下的產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)遇值得期待。無論公司體量幾何，一旦抓住機(jī)遇，其市值必將乘風(fēng)而起。

AI革命賦能人形機(jī)器人，具身智能是終極目標(biāo)

人形機(jī)器人是軟硬件能力高集成的實(shí)體，商業(yè)化的核心突破點(diǎn)在于“AI大腦”。當(dāng)前的AI大腦在邏輯思維和行為智慧決策層面還需要一段成長空間，其驅(qū)動(dòng)力很大程度來自算法的升級與高水平的智能化。

具身智能是人形機(jī)器人的最終發(fā)展方向。具身智能是指通過感知和交互，與環(huán)境實(shí)時(shí)互動(dòng)的能力。其包括三個(gè)模塊：具身感知、具身想象和具身執(zhí)行，“AI+機(jī)器人”正是具身智能當(dāng)前的落點(diǎn)。

在機(jī)器人領(lǐng)域，有一個(gè)“莫拉維克悖論”?人類所獨(dú)有的高階智慧能力只需要非常少的計(jì)算能力，但無意識(shí)的技能和直覺（如辨識(shí)人臉等）卻需要極大的運(yùn)算能力，即越簡單的事情越難，越難的事情越簡單。因此，人形機(jī)器人的傳感器數(shù)量、品類、執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于工業(yè)機(jī)器人，對控制器實(shí)時(shí)算力、集成度要求極高。

特斯拉的通用人形機(jī)器人擎天柱的智能等級達(dá)到L3級。

而AI大模型為人形機(jī)器人的發(fā)展帶來了新的突破：大模型的向量應(yīng)用為機(jī)器人提供了“大腦”，使其具備更高的事物處理能力；大模型的Chat應(yīng)用把自然語言理解能力提供給機(jī)器人，后者首次可以用接近人的語言水平和真實(shí)人類聊天；以往的AI模型訓(xùn)練完成后，只能用于其被設(shè)計(jì)的場景，無法實(shí)現(xiàn)通用性，而大模型具備強(qiáng)大的泛化能力，讓人形機(jī)器人離通用這一目標(biāo)更進(jìn)一步。包含更多信息的多模態(tài)數(shù)據(jù)、端到端的算法訓(xùn)練框架則可以提升大模型的泛化能力。Figure01正是借助OpenAI的模型能力，展示了和人類以及環(huán)境交互的能力，讓人們看到了未來人形機(jī)器人和人類自然交流的曙光。

當(dāng)前，人形機(jī)器人的智能等級基本處于L3級。根據(jù)2022年國家機(jī)器人檢測與評定中心等單位發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，以解放人體、自主完成任務(wù)為目標(biāo)，綜合考量機(jī)器人的感知、認(rèn)知、決策和執(zhí)行能力，機(jī)器人的智能程度被劃分為L1（基礎(chǔ)型）、L2（半交互型）、L3（交互型）、L4（自主型）、L5（自適應(yīng)型）等5個(gè)等級?，F(xiàn)階段，由大模型作為核心“大腦”的Figure01、特斯拉擎天柱等通用人形機(jī)器人基本達(dá)到L3級水平，即僅用自然語言發(fā)出指令，即可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，但其距離真正類人的交互還有一段距離。

技術(shù)邊界需受制于政策邊界

展望未來，當(dāng)人工智能的智慧超越人類，我們將迎來人形機(jī)器人的科技奇點(diǎn)，而這或?qū)硇碌娘L(fēng)險(xiǎn)。

2022年底，ChatGPT的橫空出世引發(fā)新一輪人工智能技術(shù)競賽，也有越來越多的聲音警告強(qiáng)人工智能會(huì)給人類帶來生存風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)邊界雖會(huì)被突破，但是人形機(jī)器人將受制于政策邊界。2024年3月，歐盟通過了《人工智能法案》，這是有史以來第一個(gè)人工智能法律框架，目的是確保人工智能系統(tǒng)尊重基本權(quán)利、安全和道德原則，并解決非常強(qiáng)大和有影響力的人工智能模型的風(fēng)險(xiǎn)，培育值得信賴的人工智能。

該法案為人工智能系統(tǒng)定義了高風(fēng)險(xiǎn)、有限風(fēng)險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)極小或無風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)級別，并就應(yīng)用場景、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測、技術(shù)透明度、生物識(shí)別等方面作出了要求，違者最多被罰公司全球收入的7%。這部新法律將為其他區(qū)域的監(jiān)管政策提供參考。

隨著人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的快速推進(jìn)，2023年，國內(nèi)也出臺(tái)了頂層設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見，并明確發(fā)展目標(biāo)：2025年實(shí)現(xiàn)整機(jī)批量生產(chǎn)，2027年形成安全可靠的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈體系。我們認(rèn)為，人形機(jī)器人有望成為寬賽道，具備較大市場空間。2024年，隨著中期定型量產(chǎn)階段逐漸臨近，具有更高性價(jià)比、更高研發(fā)生產(chǎn)效率的國產(chǎn)零部件供應(yīng)商將獲得更多市場份額。從投資角度看，建議關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司，同時(shí)也要留意相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，包括產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國產(chǎn)替代進(jìn)程不及預(yù)期、行業(yè)競爭加劇、安全性監(jiān)管政策收緊等。