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問題は、マスク氏が機械ではなく人間を作りたいということだ。

本文丨何千明李紫南
編集者丨何廨明 黄俊傑

「たとえ明日私が宇宙人に誘拐されたとしても、テスラは自動運転の問題を解決してくれるだろう。しかし、テスラがオプティマスでどうやって勝てるのかは分からない。今年4月の決算報告会でマスク氏は500点を獲得すべきだと述べた。」年俸1億ドルの理由。

テスラチームと連絡を取り合っている関係者は、マスク氏がこの発言をする直前に、人型ロボットチームに対し、年内に有意義な進歩を遂げるよう、つまりロボットが生産ラインに入って何らかの作業を完了できるようにするよう要請したと語った。達成できなかった場合、さらなる人員削減が行われ、「チームはますますプレッシャーにさらされることになる」。

数百台のオプティマス人型ロボットが生産されていることがわかりましたが、まだ生産ラインに導入する準備ができていません。現時点ではデータを収集し、さまざまな設計ソリューションをテストするためにのみ使用できます。

2021年に推進されるこの人型ロボットプロジェクトは、他の製品開発におけるテスラの論理とは正反対である。自動車の製造において、テスラは収益性の高い電気スポーツカーのロードスターからスタートし、徐々に生産効率を向上させ、安価なモデル 3 を製造しました。自動運転も低レベルから高レベルに移行し、販売しながら改善しています。

人型ロボットに関しては、マスク氏はワンステップで完成させたいと考えており、大量生産は究極の形でなければならない。コストは2万米ドル未満と低く、米国のブルーカラー労働者の年収よりも低い。しかし、それは一部の労働者の仕事を置き換えるのに十分賢明です。

過去 3 年間、マスク氏は自動運転やロボタクシーと同様にオプティマスについても話しており、これは「知覚を備えた人型ロボットがあれば、必要なタスクを実行できる」というテスラの評価を裏付けるものであると考えています。生産性は大幅に向上し、経済成長に制限はなくなります。」

中国の株式市場はテスラのロボットサプライチェーン構想について数回にわたり憶測を広げてきたが、マスク氏の壮大な話はテスラの株価押し上げにはあまり役立っていなかった。 2022年の高値以来、テスラ市場価値は40％近く下落した。

テスラのロボット工学チームが直面している課題は、人間のように動作するロボットを 1 ステップで構築するのは基本的に不可能であることです。現時点では、ねじを締めたり、特に人型ロボットが最初に役割を果たすことができるようにモデルをトレーニングしたりするなど、特定の作業シナリオを対象とした、エンジニアリング上の妥協点をいくつか採用することしかできません。マスク氏が妥協結果を受け入れることができるかどうかについては、まだ不明だ。

最大の困難: 人型機械装置ではなく人間を作ること

「マスク伝記」によると、マスク氏は2021年初め、テスラの幹部会議でボストン・ダイナミクスの人型ロボット「アトラス」のビデオを流したが、その写真の中の人型ロボットは人間のように難しい行動を柔軟にこなすことができる。同氏は出席した幹部らに対し、「好むと好まざるにかかわらず、人型ロボットが登場している。われわれも参加すべきだ」と語った。

彼の目標は明確です。それは、ボストン ダイナミクスや他の企業が製造した 4 脚または車輪付きの機械装置ではなく、人間と同じ体型を持つ人型ロボットでなければなりません。さらに、ロボットは、ボストン・ダイナミクスや従来のロボットアーム会社のようにエンジニアが作業指示を事前に入力するのではなく、人間と同じように視覚的な観察を通して学習し、手を使って作業を完了することを学ばなければなりません。

ボストン・ダイナミクスは、2020年末にatlasロボットのビデオをリリースする予定です。出典: ボストンダイナミクス。

以前のロボットは特殊なシナリオ向けに設計されていたため、汎用性が不十分で生産能力が限られていました。国際ロボット連盟のデータによると、2023年の世界の産業用ロボットの総販売台数はわずか59万台にとどまり、これはロレックスの時計生産量の約半分に相当するという。これらの 590,000 個のユニットは依然として少なくとも数十の特殊な形式であり、それらのほとんどは年間数百個の生産であり、規模の影響はまったくありません。

あらゆるヒューマノイドロボット企業が現在伝えているテスラロボットの物語は、私たちの職場やツールは人間のために設計されているということです。人型ロボットが実現すれば、カスタム開発を必要とせず、ハードウェア一式でさまざまな作業を完了でき、同じモデルを量産することも可能になる。マスク氏は人型ロボットのプロジェクトについて話すとき、しばしば規模について話し、数百万、数千万、さらには数十億台の生産を望んでいます。「人型ロボットのコストを下げるためには、大量生産も同様に重要です。」

違いは、ヒューマノイドの製造に固執するヒューマノイド ロボット企業はほとんどないということです。彼らは通常、人間の手の代わりにさまざまなクランプを使用したり、脚の代わりに車輪を使用したりする妥協的なルートを選択します。まずいくつかの問題を解決し、ある程度の商業的価値を生み出してから、ヒューマノイドのステップを繰り返します。段階的に。

しかしマスク氏は妥協を許さなかった。毎週行われるヒューマノイドロボットの議論では、ロボットアームにさまざまなツールを取り付けてさまざまな作業を実行するなど、人間らしくない多数の設計案を拒否しました。彼は手を使うだけで十分だと考えていました。

テスラの技術者らもロボットの小指は役に立たないと感じたが、小指を取り除くのは「怖すぎる」し、非人間的すぎるため、小指の長さを長くしてより多くの役割を果たせるようにするという代替策をとった。マスク氏はまた、ロボットの指が女性の指のような先細りであることを非常に具体的に要求した。彼はロボットの身長をアメリカ成人男性の平均身長よりわずかに低い5フィート8インチ（約1.73メートル）に設定し、「そう思われないように」中性的なエルフのように見えるようにロボットに依頼した。あなたを傷つけるために。」

テスラチームと連絡を取り合っている投資家は、マスク氏が人間の形にこだわるのは、自動車製造労働者を制限する最後のリンクを置き換えるためだと述べた。当時、テスラは生産地獄から完全に脱出しており、昨年は50万台の車両を販売し、継続的な株価上昇によりマスク氏は世界で最も裕福な人物になった。しかし、カリフォルニアにあるテスラの自動車工場は週に8,550台の車両を生産しており、生産能力の限界に近づいている。テスラは、労働者の効率が限界に達していることに気づき、より速く作業を進めたい場合は、人間よりも強力なツールを構築するしかありませんでした。

自動車製造は、最も自動化された工業生産プロセスの 1 つです。 1960年代に誕生したロボットアームは、自動車工場で部品の搬送や溶接に初めて使用されました。テスラの自動車工場では、最終組み立て工程のみ多くの作業員が作業場内の狭い範囲を移動し、手作業で部品を組み立てたり、電動ドリルを使ってネジを締めたりする。彼らを置き換える最も基本的な方法は、似たような人々を作り出すことです。

ロボットが機械学習によって作業方法を「理解し」、人間のように歩き、手を上げてテスラ車工場での作業を完了できるようになれば、他の作業にも使用でき、スケール効果が得られるはずだ。これは自然な論理的導出ですが、その前提となるすべてが困難です。3 年後、テスラのチームには実装への明確な道筋さえありません。

ファジー探索: 機械部品で人間をシミュレートする方法

テスラが登場する以前、世界中の科学者は機能する人型ロボットを作成するために 50 年近く研究を続けてきました。彼らが直面する課題は最初から最後まで理解しやすいもので、金属、プラスチック、シリコンなどの素材を使って人間の骨や肉を模倣し、人間のように考えて動く機械を作成します。

業界で最も有名な人型ロボットはボストン ダイナミクス社製の atlas で、バク転をしたり、でこぼこした草の上を素早く走ったり、屋内で柔軟に踊ったりすることができます。しかしボストン・ダイナミクスは、人間の最もユニークな2つの臓器、手と脳の製造を最初から諦めた。アトラスは難しい動作を実行できますが、腕の端はドラえもんのように丸い突起になっています。

テスラが人型ロボットを開発したとき、最初に作ったのは人間の手でした。人間の手は、27 の自由度、柔軟な動き、非常に敏感な触神経、および強力な力制御能力を備えています。

初期の計画では、テスラはロボットハンドに 6 つの駆動モーターを設置し、オプティマスがほとんどの物体を保持できるようにしましたが、柔軟性には程遠いものでした。 5本の指のうち、親指のみ内側に曲げて左右に振ることができるモーターが2つ搭載されており、残りの4本の指には曲がりと振りを制御できるモーターが1つだけ搭載されています。手の各アクチュエーターにはモーターに接続された金属ワイヤーがあり、モーターが金属ワイヤーを引っ込めたり解放したりすると、それに応じて指が曲がったり伸びたりします。

第 2 世代のオプティマスの手には、現在 11 の自由度しかありません。今年5月、マスク氏はオプティマスが今年手の自由度を22に増やし、人間の手に近づけると主張した。テスラは現在、新世代のロボットの計画を立てている。

しかし、人間の手は血と肉でできており、ロボットの手のようにさまざまな部品が溶接されたりリベットで留められたりするものではありません。人間の手が動いているとき、手首が前方の手のひらに衝突することはなく、人間の手の中で力が失われることはありませんが、ロボットハンドではこれらの問題が発生する可能性があります。ロボットハンドの構造の完全性は、ハンドの動きの安定性と一貫性に関係します。テスラは、オプティマスハンドのリンク装置の多くを取り外し、人間の手の筋肉組織を模倣するケーブルで作られたロープドライブを使用して、ロボットハンドが動くときの電力損失と遅延を最小限に抑えることを期待しました。

人は手足の変形と神経終末の圧迫によって圧力を感知し、アクチュエーターの電流レベルによって圧力を測定します。電流のサイズは出力の力に対応します。人間の手には数万個の触覚センサーが付いていますが、オプティマスの手には圧力センサーが6個しかなく、温度を感知することができません。

テスラは、脚の関節にいくつかのリニア アクチュエータを使用しています。従来のロータリー アクチュエータと比較して、リニア アクチュエータを縦方向に配置することで脚の内部空間を最大限に活用し、より大型で長いモータを配置し、より大きな推進力を提供できます。 -世代のオプティマスの脚アクチュエーターは、0.5トンのピアノを持ち上げるのに十分な強度があります。ただし、ロボットの脚のバランスの制御が難しくなり、制御アルゴリズムの開発が難しくなるという欠点があります。

テスラはオプティマスを歩かせる前に、オプティマスの動きをできるだけ人間に近づけるために、歩行中の人間の脚の各関節の伝達機構と各関節のトルクも測定した。構造的な観点から見ると、人間の膝は効率的な 4 つの棒の連動装置であり、4 つの骨とその骨の膝関節によって、歩行、ジャンプ、しゃがむなどの動作が可能であり、重心を正確に制御できます。バランスを保ち、転倒を防ぎます。オプティマスは現在ゆっくりと歩くことしかできず、しゃがむなどの動作を正常に完了することができません。

人体は数百の骨と数十の関節で 200 以上の自由度に接続されていますが、テスラはこれをオプティマスの 28 自由度に単純化します。これらの自由度は、3 つの異なるサイズのロータリー アクチュエーターと 3 つのリニア アクチュエーターによって実現されます。ロータリーアクチュエーターは大きな回転角度が必要な肩や腰に配置され、リニアアクチュエーターは膝や肘などの振り角が小さい部位に配置されています。

各アクチュエータには、リードスクリュー、減速機、モーター、センサー、エンコーダーなどのコンポーネントが装備されています。モーターはアクチュエーターに電力を供給し、ネジはコンポーネントの回転力を張力に変換して関節の収縮と伸張を制御します。減速機は人間の骨と関節の間の接続のように機能し、てこの作用によって力を増幅できます。

身体の自由度を高めることは、optimus で人間をシミュレートするための最初のステップにすぎません。テスラはオプティマスの軽量化も続けており、これにより同じパワーでより多くのタスクを完了できるようになります。第 2 世代のオプティマスの重量は 56.6 キログラムで、成人よりも軽いです。

優れたヒューマノイド ロボットを作成するには、柔軟性、耐久性、安定性があり、コスト管理可能なハードウェア コンポーネントと材料が基礎にすぎません。たとえば、人間が動く物体を捉えることができるのは、人間の脳が重力や加速度などの物理法則を認識しているため、軌道を予測でき、また、この一見単純な動作を完了するために身体が動く能力があるからです。

テスラは2022年に、車のfsd（完全自動運転）のマシンビジョンニューラルネットワークをオプティマスに移植する予定だ。車に運転を教えるのと同じように、オプティマスに現実世界を理解させて適切に反応させ、人間の行動と進歩から学習させます。

「自動運転では、車は 2d 世界であらゆる物体との衝突を避ける必要がありますが、ロボットの任務は 3d 世界で無限の物体と積極的に衝突し、接触することです。」運転に必要な技術的複雑さはロボットハンドに比べてはるかに少ないです。

「より大きな問題は、ロボット工学の分野にはスケーリングの法則がないことだ。」 ロボット工学分野の投資家は、一方では、これはインテリジェントロボット業界全体が直面している問題であると語った。一方、ロボット モデルをトレーニングするには、大量のデータを消化できる適切なモデル アーキテクチャがありません。

テスラは昨年、オプティマスの教師となる人間の募集を開始したが、その条件として身長がロボットと同様の170センチから175センチであることが明確に定められている。こうした人々は、センサーを備えたモーション キャプチャ デバイスを全身に装着して、関節を使ってどのように動くかをロボットにデモンストレーションする必要があります。一部のアナリストは、テスラが将来、大規模なビデオから人間の動きに関する重要なデータを抽出し、それを学習のためにオプティマスに供給し、学習をスピードアップする可能性があると推測している。

現在の進捗状況によれば、人型ロボットがマスク氏の最低要件を満たし、テスラの自動車工場の一部の労働者の代わりとなるには、長期間の学習と訓練が必要となるだろう。テスラのアナリストは、今年半ばまでにオプティマスが５００メートルを超える歩行テストに合格したのは６０％未満だったと述べた。

敵対するのは、時給 22 ドルを稼ぐテキサスの時給労働者であり、これらの労働者は基本的に、部品を拾い上げ、組み立てを完了するための適切な位置を見つけ、品質をチェックするなどの一連の複雑な作業を 50 秒以内に完了できます。このような人々は、500 メートル歩くと転んで誰かが助けてくれるのを待つことができませんが、他の人々と複雑なコミュニケーションや協力を行うことはできますが、世界で最も効率的で低賃金の労働者とは程遠いのです。

マスク氏は、オプティマスが人間よりも優れている点を 2 つだけ挙げています。それは人間よりも真剣であり、フル充電で 16 時間連続動作できます。

事前準備：構想段階から量産を検討

「（人型ロボットは）大量生産が非常に難しく、過小評価されている。」 2021年8月にaiデーが開催されたとき、テスラの人型ロボットプロジェクトはまだ構想段階であり、マスク氏はそれが直面しようとしている困難を予見した。

人型ロボットを設計する際、テスラのチームは大量生産のコストと難しさを軽減する方法を探していました。 『マスク伝』によれば、ロボットハンドに加える圧力を制御させ、圧力を感じさせる方法がその代表例だという。

技術者らは、指の関節にあるアクチュエーターからの電流を使って圧力を測定する、携帯電話のタッチスクリーンで使用されているものと同様のコンデンサを指先に配置する、気圧センサーやチップを埋め込んで小型カメラを配置するなど、さまざまな解決策を提案している。

ロボット業界では、人間の手の関節に圧力センサーを取り付けるのが一般的ですが、これはより高価で製造が困難です。

これらの計画を見て、テスラのチーフデザイナー、フォン・ホルツハウゼンはただ 1 つの質問をしました。コストの違いは何ですか?最終的な解決策は、接合部に電流を使用することでした。部品を追加しないため、コストを制御でき、製造が簡単です。

テスラが自動車製造で蓄積した経験とリソースも、人型ロボットプロジェクトに移されました。人型ロボットのモーター、バッテリー、ソフトウェア システムなどの初期バージョンはすべて、電気自動車の同様のコンポーネントから変更され、その後、テスラが長年にわたって確立したソフトウェア インフラストラクチャが最適化に使用されます。

電気自動車が街中をモーターで走行する様子を解析するのと同じように、人型ロボットの28個の関節が複数の動作を実行する際の各関節の性能をシミュレーションシステムでシミュレーションし、それらの共通点を見出し、下位ユニット付きの6種類に簡素化しました。コストと重量が軽いプラン。

現段階でオプティマスには多くの明らかな問題があります。テスラに近い関係者によると、ソフトウェアチームはオプティマスの足首にある2つの6次元力センサーの代替コードを作成する方法にも取り組んでいるが、このセンサーはかさばって高価で、ロボットの安定性に対して部分的な冗長性しか提供していない。

テスラにとって、人型ロボットを量産する上での最大の課題は、それを有用で十分に使えるものにすることです。テスラはまだロボット組立ラインを構築しておらず、手動でのみ組み立てることができます。ロボット 1 台のコストは約 10 万ドルですが、現時点で生み出せる価値は最小限です。

十分に有用なロボットを開発した後、テスラは低コストのサプライチェーンをゼロから構築する必要がある。

業界全体が人型ロボットに使用されるさまざまな部品の生産経験を持っていますが、それらは通常ハイエンドの製造シナリオで使用されており、価格は依然として高いままです。たとえば、ボールねじは一般に、高価な重機や航空宇宙機器に使用されます。テスラはロボットの設計が完了する前に、事前の準備を整え、低コストのサプライチェーンの構築を開始しました。

テスラは2022年半ばから、中国の部品サプライヤーに対し、テスト用に部品を送るよう要請し始めた。より代表的な企業としては、アクチュエーターを組み立てるテスラ電気自動車サプライヤーの tuopu と sanhua intelligent control があります。彼らはテスラへの長期的なサプライヤーであり、自動車の鋳造アルミニウム構造部品を供給しています。コンポーネントレベルでは、moons がテスラにサンプルとして送ったロボットハンドに使用されているコアレスモーターや、greenland harmonics のジョイントアクチュエーターに使用されているハーモニックリデューサーなどもあります。

これらの部品サプライヤーが最終的にテスラロボット産業チェーンに参入できるかどうかについては、依然として多くの不確実性がある。コストは中国のサプライヤーの利点です。ロボット分野のアナリストによると、同じ部品であれば、中国企業は海外の有名企業より少なくとも３０％安く、中には８０％安い企業もあるという。しかし、両者の間には依然として業績に大きな差がある。今年半ばから始まるcラウンドで送られたサンプルの最初のバッチの中で、基本的にテスラの要件を満たした中国の部品サプライヤーは存在しなかったことがわかった。

テスラのチームと連絡を取り合っている投資家は、テスラの内部目標は中国国外に人型ロボットのサプライチェーンを確立することだと語った。これは、中国企業がテスラロボットを供給したい場合は、まず海外に投資して工場を建設する必要があることを意味する。

テスラは米国のオースティン工場でテスト用の人型ロボットを大量に組み立てているが、今年6月の時点で工場内でバッテリーを運んでいたのは2台だけだった。リチウム電池を運ぶために10万ドル以上もかかる人型ロボットを使う価値はない。電池工場は一般に、電池の積み込みにかかる費用が 10,000 米ドル未満のパレットを備えた無人移動車両を使用しており、一度に数千個の電池を移動できます。

マスク氏は、非現実的なタイムスケジュールを使用し、チームメンバーに限界を超えるよう促し、遅れを重ねて目標に近づくという、慣れ親しんだサイクルを再び開始した。しかし、100年前にエジソンが推進した電気自動車のように、期待と現実のギャップが非常に大きく、1世代や2世代でも埋めることができない場合もあります。

タイトル写真：ビジュアルチャイナ