nachricht

die schwierigkeit besteht darin, dass musk menschen bauen will, keine maschinen.

text丨he qianming li zinan
herausgeber丨he qianming huang junjie

„selbst wenn ich morgen von außerirdischen entführt werde, wird tesla das problem des autonomen fahrens lösen. aber ich weiß nicht, wie tesla bei optimus gewinnen kann.“ bei der finanzberichtssitzung im april dieses jahres sagte musk, dass er 500 bekommen sollte ein grund für das 100-millionen-dollar-gehalt.

eine person, die mit dem tesla-team in kontakt stand, erzählte uns, dass musk, kurz bevor er dies sagte, das humanoide roboterteam gebeten hatte, noch in diesem jahr einen bedeutenden durchbruch zu erzielen – damit roboter am fließband arbeiten können, um einige arbeiten zu erledigen gelingt dies nicht, werde es zu weiteren entlassungen kommen und „die mannschaft wird zunehmend unter druck geraten.“

wir haben erfahren, dass hunderte von humanoiden optimus-robotern hergestellt wurden, diese jedoch noch nicht für die produktionslinien bereit sind und nur zum sammeln von daten und zum testen verschiedener designs verwendet werden können.

dieses humanoide roboterprojekt, das 2021 vorangetrieben wird, steht im diametralen widerspruch zur logik von tesla, andere produkte zu entwickeln. beim bau von autos begann tesla mit dem hochprofitablen elektrosportwagen roadster, steigerte nach und nach die produktionseffizienz und baute das günstige modell 3. auch das autonome fahren steigt von niedrig auf hoch und verbessert sich beim verkauf.

was humanoide roboter angeht, will musk es in einem schritt hinbekommen, und die massenproduktion muss in ihrer ultimativen form erfolgen: die kosten betragen weniger als 20.000 us-dollar – weniger als das jahreseinkommen eines amerikanischen arbeiters; aber es ist intelligent genug, um die arbeitsplätze einiger arbeitnehmer zu ersetzen.

in den letzten drei jahren hat musk in der öffentlichkeit sowohl über autonomes fahren als auch über robotaxi gesprochen. er sieht darin eine hoffnung, teslas einschätzung zu unterstützen: „wenn wir einen humanoiden roboter mit empfindungsvermögen haben, kann er die erforderlichen aufgaben ausführen.“ die produktivität wird erheblich verbessert und das wirtschaftswachstum wird unbegrenzt sein.“

der chinesische aktienmarkt hat mehrere runden lang über teslas roboter-lieferkettenkonzept spekuliert, aber musks großartige geschichte hat nicht viel dazu beigetragen, den aktienkurs von tesla anzukurbeln. seit dem hoch im jahr 2022teslader marktwert ist um fast 40 % gesunken.

die herausforderung für teslas robotik-team besteht darin, dass es grundsätzlich unmöglich ist, in einem schritt einen roboter zu bauen, der sich wie ein mensch verhält. derzeit können sie nur einige technische kompromisse eingehen, die möglicherweise auf bestimmte arbeitsszenarien abzielen, z. b. das anziehen von schrauben und das gezielte trainieren von modellen, damit zunächst humanoide roboter eine rolle spielen können. ob musk das kompromissergebnis akzeptieren kann, ist noch unklar.

die größte schwierigkeit: menschen zu erschaffen, keine humanoiden mechanischen geräte

laut „musk biography“ spielte musk anfang 2021 beim treffen der tesla-führungskräfte ein video des humanoiden roboters atlas von boston dynamics ab. auf dem bild kann der humanoide roboter flexibel schwierige aktionen ausführen. „humanoide roboter sind hier, ob es ihnen gefällt oder nicht. wir sollten im spiel sein“, sagte er den anwesenden führungskräften.

sein ziel ist klar: es muss ein humanoider roboter mit der gleichen körperform wie ein mensch sein und kein vierbeiniges oder fahrbares mechanisches gerät von boston dynamics oder anderen unternehmen. darüber hinaus muss der roboter wie ein mensch durch visuelle beobachtung lernen und lernen, die arbeit mit seinen händen zu erledigen, anstatt dass ingenieure jede zeile von arbeitsanweisungen im voraus eingeben müssen, wie boston dynamics oder traditionelle roboterarmunternehmen.

boston dynamics wird das atlas-robotervideo ende 2020 veröffentlichen. quelle: boston dynamics.

frühere roboter wurden für spezielle szenarien entwickelt, was zu unzureichender vielseitigkeit und begrenzter produktionskapazität führte. nach angaben der international federation of robotics wird der weltweite gesamtabsatz von industrierobotern im jahr 2023 nur noch 590.000 einheiten betragen – etwa die hälfte der produktion von rolex-uhren. diese 590.000 einheiten gibt es immer noch in mindestens dutzenden spezialisierten formen, die untereinander nicht üblich sind. die meisten von ihnen produzieren einige hundert einheiten pro jahr, ohne dass es zu skaleneffekten kommt.

die tesla-robotergeschichte, die derzeit jedes unternehmen im bereich humanoider robotik erzählt, besagt, dass unsere arbeitsplätze und werkzeuge für menschen konzipiert sind. wenn humanoide roboter wirklichkeit werden, können sie mit einer reihe von hardware eine vielzahl von aufgaben erledigen, ohne dass eine kundenspezifische entwicklung erforderlich ist, und es wird möglich sein, dasselbe modell in massenproduktion herzustellen. wenn musk über humanoide roboterprojekte spricht, spricht er oft von der größenordnung und möchte millionen, dutzende millionen oder sogar milliarden von einheiten produzieren. „die massenproduktion ist für humanoide roboter gleichermaßen wichtig, damit sie kostengünstiger sein können.“

der unterschied besteht darin, dass nur wenige humanoide roboterunternehmen darauf bestehen, humanoiden herzustellen. sie wählen normalerweise einen kompromissweg und verwenden verschiedene klammern als ersatz für menschliche hände oder räder als ersatz für beine. sie lösen zunächst einige probleme und generieren einen gewissen kommerziellen wert und gehen dann zu humanoiden über schritt für schritt.

aber musk war kompromisslos. bei der wöchentlichen diskussion über humanoide roboter lehnte er zahlreiche designvorschläge ab, die nicht menschenähnlich waren, wie beispielsweise die installation verschiedener werkzeuge am roboterarm, um verschiedene aufgaben auszuführen. er glaubte, dass es ausreichen würde, nur die hände zu benutzen.

die tesla-ingenieure waren ebenfalls der meinung, dass der kleine finger des roboters nutzlos sei, aber weil das entfernen des kleinen fingers „zu beängstigend“ und zu unmenschlich sei, behielten sie ihn bei. die alternative bestand darin, die länge des kleinen fingers zu verlängern, damit er mehr rollen spielen kann. musk forderte auch ganz ausdrücklich, dass die finger des roboters die verjüngung eines frauenfingers haben sollten. er legte die größe des roboters auf 5 fuß, 8 zoll (fast 1,73 meter) fest, etwas kleiner als die durchschnittliche größe eines amerikanischen erwachsenen mannes; er forderte den roboter auf, wie ein androgyner elf auszusehen, damit „man nicht das gefühl hat, dass er es möchte“. um dich zu verletzen.

ein investor, der mit dem tesla-team in kontakt stand, sagte, dass musks beharren auf der menschlichen form darin besteht, das letzte glied zu ersetzen, das die arbeiter in der automobilherstellung einschränkt. zu diesem zeitpunkt war tesla der produktionshölle völlig entkommen und verkaufte im vergangenen jahr 500.000 fahrzeuge. der kontinuierlich steigende aktienkurs machte musk zum reichsten mann der welt. doch teslas autofabrik in kalifornien produziert 8.550 fahrzeuge pro woche und nähert sich damit ihrer kapazitätsgrenze. tesla erkannte, dass die effizienz der arbeiter an ihre grenzen gestoßen war. wenn er schneller werden wollte, konnte er nur werkzeuge bauen, die stärker sind als menschen.

der automobilbau ist einer der am stärksten automatisierten industriellen produktionsprozesse. der in den 1960er jahren geborene roboterarm wurde erstmals in automobilfabriken zum transport und schweißen von teilen eingesetzt. in teslas autofabrik ist nur die endmontage erforderlich, an der viele arbeiter teilnehmen. sie bewegen sich mit ihren beinen in einem kleinen bereich des arbeitsplatzes, montieren teile von hand oder ziehen schrauben mit einer elektrischen bohrmaschine an. der grundlegendste weg, sie zu ersetzen, besteht darin, ähnliche menschen zu schaffen.

wenn ein roboter durch maschinelles lernen „verstehen“ kann, wie man arbeitet, wie ein mensch geht und die hände hebt, um die arbeit in der tesla-autofabrik zu erledigen, dann sollte er auch in anderen berufen eingesetzt werden und skaleneffekte erzeugen. dies ist eine natürliche logische ableitung, aber jede darin enthaltene prämisse ist schwierig. drei jahre später hat teslas team nicht einmal einen klaren weg zur umsetzung.

fuzzy exploration: wie man menschen mit mechanischen teilen simuliert

vor tesla forschten wissenschaftler auf der ganzen welt fast 50 jahre lang an der entwicklung eines funktionsfähigen humanoiden roboters. die aufgabe, vor der sie stehen, ist von anfang bis ende leicht zu verstehen. sie verwenden metall, kunststoff, silikon und andere materialien, um menschliche knochen und fleisch zu simulieren und eine maschine zu erschaffen, die wie ein mensch denken und sich bewegen kann.

der bekannteste humanoide roboter der branche ist atlas von boston dynamics, der rückwärtssaltos machen, schnell auf unebenem gras laufen und in innenräumen flexibel tanzen kann. aber boston dynamics hat die herstellung der beiden einzigartigsten menschlichen organe – hände und gehirn – von anfang an aufgegeben. atlas kann schwierige bewegungen ausführen, aber nur in voreingestellten bewegungen. die enden seiner arme sind runde noppen wie doraemon.

als tesla einen humanoiden roboter entwickelte, baute er als erstes menschliche hände. die menschliche hand verfügt über 27 freiheitsgrade, flexible bewegungen, hochempfindliche tastnerven und starke fähigkeiten zur kraftkontrolle.

im frühen plan installierte tesla sechs antriebsmotoren an der roboterhand, sodass optimus die meisten gegenstände halten konnte, aber er war alles andere als flexibel. von den fünf fingern ist nur der daumen mit zwei motoren ausgestattet, die sich nach innen beugen und nach links und rechts schwingen können. die übrigen vier finger sind nur mit einem einzigen motor ausgestattet, der das beugen und schwingen steuern kann. jeder aktuator in der hand verfügt über einen metalldraht, der mit dem motor verbunden ist. wenn der motor den metalldraht einzieht und freigibt, beugen und strecken sich die finger entsprechend.

die hände des optimus der zweiten generation verfügen derzeit nur über 11 freiheitsgrade. im mai dieses jahres behauptete musk, dass optimus den grad der handfreiheit in diesem jahr auf 22 erhöhen und ihn damit näher an die menschliche hand heranbringen würde. tesla hat jetzt einen plan für eine neue generation von robotern.

aber menschliche hände bestehen aus fleisch und blut und sind nicht wie roboterhände aus verschiedenen teilen geschweißt oder genietet. wenn sich die menschliche hand bewegt, kollidiert das handgelenk nicht mit der vorderen handfläche und es geht keine kraft in der menschlichen hand verloren. diese probleme können jedoch bei roboterhänden auftreten. die strukturelle integrität der roboterhand hängt mit der stabilität und konsistenz der handbewegungen zusammen. tesla entfernte viele der verbindungselemente an der optimus-hand und verwendete einen seilantrieb aus kabeln, um das muskelgewebe der menschlichen hand zu imitieren, in der hoffnung, den leistungsverlust und die verzögerung bei bewegungen der roboterhand zu minimieren.

menschen spüren den druck durch die verformung der gliedmaßen und das zusammendrücken der nervenenden. der aktuator versorgt optimus mit der kraft, das objekt zu halten, und der strom entspricht der kraftabgabe. menschliche hände haben zehntausende von tastsensoren, aber die hand von optimus hat nur 6 drucksensoren und kann keine temperatur messen.

für die beingelenke verwendet tesla einige linearantriebe. im vergleich zu herkömmlichen drehantrieben können linearantriebe in längsrichtung angeordnet werden, um den innenraum der beine optimal zu nutzen, größere und längere motoren anzuordnen und eine größere antriebskraft des zweiten bereitzustellen die beinantriebe des optimus der neuen generation sind stark genug, um ein klavier mit einer halben tonne anzuheben. dies hat jedoch den nachteil, dass das gleichgewicht der roboterbeine schwieriger zu kontrollieren ist und die entwicklung von steuerungsalgorithmen schwieriger wird.

bevor er optimus laufen ließ, maß tesla auch den übertragungsmechanismus jedes gelenks des menschlichen beins beim gehen und das drehmoment jedes gelenks, um die bewegungen von optimus so menschenähnlich wie möglich zu gestalten. aus struktureller sicht ist das menschliche knie ein effizientes viergelenkgerät. die vier knochen plus das kniegelenk der knochen sind in der lage, zu gehen, zu springen, zu hocken und andere aktionen auszuführen und den schwerpunkt genau zu steuern halten sie das gleichgewicht und vermeiden sie stürze. optimus kann derzeit nur langsam gehen und ist immer noch nicht in der lage, aktionen wie hocken erfolgreich auszuführen.

hunderte von knochen und dutzende gelenke verbinden den menschlichen körper mit mehr als 200 freiheitsgraden, die tesla auf die 28 freiheitsgrade von optimus vereinfacht. diese freiheitsgrade werden durch drei unterschiedlich große drehantriebe und drei linearantriebe erreicht. drehantriebe sind auf schultern und hüften verteilt, die große drehwinkel erfordern, während linearantriebe auf knien, ellbogen und anderen teilen mit kleinen schwenkwinkeln verteilt sind.

jeder aktuator ist mit komponenten wie leitspindel, untersetzungsgetriebe, motor, sensor und encoder ausgestattet. der motor versorgt den aktuator mit strom und die schraube wandelt die rotationskraft der komponente in eine zugkraft um, um die kontraktion und streckung des gelenks zu steuern. das reduzierstück funktioniert wie die verbindung zwischen menschlichen knochen und gelenken und kann die kraft durch hebelwirkung verstärken.

die erhöhung der körperfreiheit ist nur der erste schritt bei der simulation von menschen mit optimus. tesla reduziert außerdem weiterhin das gewicht des optimus, sodass dieser mehr aufgaben mit der gleichen leistung erledigen kann. der optimus der zweiten generation wiegt 56,6 kilogramm und ist damit leichter als ein erwachsener mensch.

um einen guten humanoiden roboter zu bauen, sind flexible, langlebige, stabile und kostenkontrollierbare hardwarekomponenten und materialien nur die grundlage. menschen können beispielsweise sich bewegende objekte fangen, weil das menschliche gehirn physikalische gesetze wie schwerkraft und beschleunigung erkennt und so die flugbahn vorhersagen kann, und der körper verfügt über die fähigkeit, sich zu bewegen, um diese scheinbar einfache aktion auszuführen.

im jahr 2022 wird tesla das maschinelle visuelle neuronale netzwerk im fsd (vollständig autonomes fahren) des autos auf optimus übertragen. so wie man einem auto das fahren beibringt, lassen sie optimus die reale welt verstehen und angemessen reagieren, sodass es von menschlichen handlungen und fortschritten lernen kann.

„autonomes fahren erfordert, dass das auto eine kollision mit irgendeinem objekt in einer 2d-welt vermeidet, aber die aufgabe des roboters besteht darin, aktiv mit unendlich vielen dingen in der 3d-welt zu kollidieren und diese zu kontaktieren. ein investor, der das tesla-team kontaktiert hat, sagte, dass das gesamte autonome fahren.“ der technische aufwand für das fahren ist weitaus geringer als der einer roboterhand.

„das größere problem ist, dass es im bereich der robotik keine skalierungsgesetze gibt.“ ein investor im bereich robotik sagte, dass dies ein problem sei, mit dem die gesamte intelligente roboterindustrie konfrontiert sei. einerseits könne sie nicht genügend daten finden trainieren sie robotermodelle. andererseits gibt es keine geeignete modellarchitektur, die riesige datenmengen verarbeiten kann.

tesla begann letztes jahr damit, menschen als optimus-lehrer zu rekrutieren, mit der klaren anforderung, zwischen 170 cm und 175 cm groß zu sein, ähnlich der eines roboters. diese menschen müssen bewegungserfassungsgeräte mit sensoren am ganzen körper tragen, um dem roboter zu demonstrieren, wie menschen ihre gelenke zur bewegung nutzen. einige analysten spekulieren, dass tesla in zukunft wichtige daten über menschliche bewegungen aus riesigen videos extrahieren und zum lernen an optimus weitergeben könnte, was seine lerngeschwindigkeit beschleunigen könnte.

dem aktuellen fortschritt zufolge werden humanoide roboter eine lange lern- und trainingsphase benötigen, um musks mindestanforderungen zu erfüllen und einige arbeiter in teslas autofabriken zu ersetzen. ein tesla-analyst sagte, dass optimus mitte dieses jahres weniger als 60 prozent der gehtests mit einer länge von mehr als 500 metern bestanden habe.

seine gegner sind stundenarbeiter in texas, die 22 us-dollar pro stunde verdienen. diese arbeiter können im grunde eine reihe komplexer aufgaben wie das aufnehmen von teilen, das finden der richtigen position für den abschluss der montage und die überprüfung der qualität innerhalb von 50 sekunden erledigen. diese menschen können nicht 500 meter weit gehen, bevor sie hinfallen und darauf warten, dass ihnen jemand hilft. sie sind jedoch bei weitem nicht die effizientesten und am schlechtesten bezahlten arbeiter der welt.

musk kann nur zwei dinge nennen, die optimus besser machen als menschen. er ist ernster als menschen und kann bei voller ladung 16 stunden lang ununterbrochen arbeiten.

vorabvorbereitung: erwägen sie die massenproduktion bereits in der konzeptphase

„die massenproduktion (humanoider roboter) ist äußerst schwierig und wird unterschätzt.“ als der ki-tag im august 2021 stattfand, war teslas humanoides roboterprojekt noch ein konzept, und musk ließ die schwierigkeiten vorhersehen, mit denen es konfrontiert sein würde.

bei der entwicklung humanoider roboter suchte teslas team nach möglichkeiten, die kosten und den schwierigkeitsgrad der massenproduktion zu reduzieren. ein typisches beispiel ist laut „musk biography“, wie man die roboterhand den ausgeübten druck kontrollieren und den druck spüren lässt.

ingenieure haben eine vielzahl von lösungen vorgeschlagen, beispielsweise die nutzung von strom aus aktuatoren im fingergelenk zur messung des drucks, die platzierung von kondensatoren auf den fingerspitzen, ähnlich denen, die in touchscreens von mobiltelefonen verwendet werden, oder die einbettung von luftdrucksensoren oder chips und die platzierung einer winzigen kamera.

eine gängige praxis in der robotikindustrie ist die installation von drucksensoren an den gelenken der menschlichen hand, was teurer und schwieriger herzustellen ist.

angesichts dieser pläne stellte tesla-chefdesigner von holzhausen nur eine frage: wie groß ist der kostenunterschied? die endgültige lösung bestand darin, elektrischen strom in der verbindung zu verwenden, da dadurch keine teile hinzugefügt würden – die kosten sind kontrollierbar und die herstellung ist einfach.

die erfahrungen und ressourcen, die tesla beim bau von autos gesammelt hat, wurden auch auf das humanoide roboterprojekt übertragen. frühe versionen der motoren, batterien, softwaresysteme usw. in humanoiden robotern werden alle aus ähnlichen komponenten in elektrofahrzeugen modifiziert. später wird die von tesla seit vielen jahren aufgebaute software-infrastruktur zur optimierung genutzt.

genauso wie sie analysierten, wie motoren elektrofahrzeuge durch die stadt fahren, verwendeten sie ein simulationssystem, um die leistung jedes der 28 gelenke des humanoiden roboters bei der ausführung verschiedener aktionen zu simulieren, fanden die gemeinsamkeiten zwischen ihnen und vereinfachten sie in sechs typen mit niedrigeren stückkosten und gewichte.

derzeit gibt es bei optimus viele offensichtliche probleme. leute, die tesla nahe stehen, sagen, dass das software-team auch an möglichkeiten arbeitet, ersatz für die beiden sechsdimensionalen kraftsensoren an optimus‘ knöcheln zu programmieren, die sperrig und teuer sind und nur teilweise redundanz für die stabilität des roboters bieten.

für tesla besteht die größte herausforderung bei der massenproduktion humanoider roboter darin, sie nützlich und gut genug für den einsatz zu machen. tesla hat noch keine robotermontagelinie gebaut und kann diese nur manuell zusammenbauen. die kosten für einen einzelnen roboter betragen etwa 100.000 us-dollar, aber der wert, den er jetzt schaffen kann, ist minimal.

nachdem tesla genügend nützliche roboter entwickelt hat, muss es eine kostengünstige lieferkette von grund auf aufbauen.

obwohl die gesamte branche über produktionserfahrung für verschiedene teile verfügt, die in humanoiden robotern verwendet werden, werden diese normalerweise in high-end-fertigungsszenarien eingesetzt und die preise bleiben hoch. beispielsweise werden kugelumlaufspindeln im allgemeinen in teuren schwermaschinen oder luft- und raumfahrtgeräten verwendet. bevor das roboterdesign fertiggestellt war, begann tesla mit dem aufbau einer kostengünstigen lieferkette.

ab mitte 2022 fordert tesla chinesische teilelieferanten auf, teile zum testen einzusenden. zu den repräsentativeren unternehmen zählen die tesla-elektrofahrzeuglieferanten tuopu und sanhua intelligent control, die aktuatoren montieren. sie sind langjährige zulieferer von tesla und liefern strukturteile aus aluminiumguss für das auto. speziell auf komponentenebene gibt es auch kernlose motoren, die von motors electronics für teslas roboterhand verwendet werden, und oberwellenreduzierer, die von greenland harmonics in gelenkaktuatoren verwendet werden.

es bestehen immer noch viele unsicherheiten darüber, ob diese teilelieferanten letztendlich in die tesla-roboterindustriekette einsteigen können. kosten sind der vorteil chinesischer lieferanten. ein analyst im robotikbereich sagte, dass chinesische unternehmen für die gleichen teile mindestens 30 % billiger sind als namhafte ausländische unternehmen, einige sogar 80 % billiger. doch zwischen den beiden parteien besteht noch immer ein großer leistungsunterschied. wir haben erfahren, dass unter der ersten charge von mustern, die ab mitte dieses jahres in der c-runde verschickt wurden, im grunde kein chinesischer teilelieferant die anforderungen von tesla erfüllte.

ein investor, der mit teslas team in kontakt stand, sagte, dass teslas internes ziel darin bestehe, eine lieferkette für humanoide roboter außerhalb chinas aufzubauen. das bedeutet, dass chinesische unternehmen, wenn sie tesla-roboter liefern wollen, im ausland investieren und zunächst fabriken bauen müssen.

tesla hat in seinem werk in austin in den usa eine reihe humanoider roboter zum testen zusammengebaut. im juni dieses jahres befanden sich nur zwei in der fabrik mit batterien. es hat keinen sinn, einen humanoiden roboter einzusetzen, dessen transport von lithiumbatterien über 100.000 us-dollar kostet. batteriefabriken verwenden im allgemeinen unbemannte mobile fahrzeuge mit paletten, deren laden weniger als 10.000 us-dollar kostet und tausende von ihnen gleichzeitig transportieren können.

musk begann erneut mit dem kreislauf, den er gewohnt war: unrealistische zeitpläne verwenden, teammitglieder dazu drängen, ihre grenzen zu überschreiten, und sich dem ziel mit verzögerung nach verzögerung nähern. manchmal ist die kluft zwischen erwartungen und realität jedoch so groß, dass selbst eine oder zwei generationen sie nicht schließen können, wie zum beispiel das elektroauto, das edison vor hundert jahren propagierte.

titelbild: visual china