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a dificuldade é que musk quer construir pessoas, não máquinas.

texto丨he qianming li zinan
editor丨he qianming huang junjie

“mesmo que eu seja abduzido por alienígenas amanhã, tesla resolverá o problema da direção autônoma. mas não sei como tesla pode ganhar no optimus. na reunião de relatório financeiro em abril deste ano, musk disse que deveria conseguir 500.” uma das razões para o salário de us$ 100 milhões.

uma pessoa que esteve em contato com a equipe tesla nos disse que pouco antes de musk dizer isso, ele pediu à equipe de robôs humanóides que fizesse um avanço significativo neste ano - para permitir que os robôs entrassem na linha de produção para concluir algum trabalho. isso não for alcançado, novas demissões serão realizadas e “a equipe estará sob pressão crescente”.

soubemos que já foram produzidos centenas de robôs humanóides optimus, mas ainda não estão prontos para as linhas de produção e só podem ser utilizados para recolher dados e testar diferentes designs.

este projeto de robô humanóide, que será promovido em 2021, é diametralmente oposto à lógica da tesla no desenvolvimento de outros produtos. na construção de carros, a tesla começou com o altamente lucrativo carro esportivo elétrico roadster, melhorou gradualmente a eficiência da produção e construiu o barato modelo 3. a direção autônoma também vai de baixo para alto, melhorando à medida que as vendas.

quanto aos robôs humanóides, musk quer acertar num só passo, e a produção em massa deve estar na sua forma definitiva: o custo é tão baixo quanto 20.000 dólares americanos – inferior ao rendimento anual de um operário americano; mas é suficientemente inteligente para substituir os empregos de alguns trabalhadores.

nos últimos três anos, musk falou publicamente sobre o optimus tanto quanto sobre a condução autônoma e o robotaxi. ele considera isso uma esperança para apoiar a avaliação da tesla “se tivermos um robô humanóide com senciência, ele poderá executar as tarefas necessárias”. , a produtividade melhorará muito e não haverá limites para o crescimento económico.”

o mercado de ações da china especulou sobre o conceito de cadeia de abastecimento robótica da tesla durante várias rodadas, mas a grande história de musk não fez muito para aumentar o preço das ações da tesla. desde a alta de 2022,teslao valor de mercado caiu quase 40%.

o desafio enfrentado pela equipe de robótica de tesla é que é basicamente impossível construir um robô que se comporte como um humano em uma única etapa. atualmente, eles só podem adotar alguns compromissos de engenharia, que podem ser direcionados a cenários de trabalho específicos, como apertar parafusos e, especificamente, modelos de treinamento para permitir que robôs humanóides desempenhem um papel primeiro. quanto a saber se musk pode aceitar o resultado do compromisso, ainda não está claro.

a maior dificuldade: fazer humanos, e não dispositivos mecânicos humanóides

de acordo com a "biografia de musk", no início de 2021, musk exibiu um vídeo do robô humanóide atlas da boston dynamics na reunião executiva da tesla. na foto, o robô humanóide pode realizar ações difíceis com flexibilidade, como um humano. “os robôs humanóides estão aqui, gostem vocês ou não. deveríamos estar no jogo”, disse ele aos executivos presentes.

seu objetivo é claro: deve ser um robô humanóide com o mesmo formato corporal de um humano, em vez de um dispositivo mecânico de quatro patas ou rodas fabricado pela boston dynamics ou outras empresas. além disso, o robô deve aprender através da observação visual como um ser humano e aprender a completar o trabalho com as mãos, em vez de ter engenheiros inserindo cada linha de instruções de trabalho com antecedência, como a boston dynamics ou as empresas tradicionais de braços robóticos.

a boston dynamics lançará o vídeo do robô atlas no final de 2020. fonte: boston dynamics.

os robôs anteriores foram projetados para cenários especializados, resultando em versatilidade insuficiente e capacidade de produção limitada. segundo dados da federação internacional de robótica, em 2023, as vendas globais totais de robôs industriais serão de apenas 590 mil unidades – cerca de metade da produção de relógios rolex. estas 590.000 unidades ainda estão em pelo menos dezenas de formas especializadas que não são comuns entre si. a maioria delas produz algumas centenas de unidades por ano, sem qualquer efeito de escala.

a história do robô tesla que todas as empresas de robótica humanóide estão contando agora é que nossos locais de trabalho e ferramentas são projetados para pessoas. se os robôs humanóides se tornarem realidade, eles serão capazes de realizar uma variedade de tarefas com um conjunto de hardware sem a necessidade de desenvolvimento personalizado, e será possível produzir em massa o mesmo modelo. quando musk fala sobre projetos de robôs humanóides, ele frequentemente fala sobre escala e quer produzir milhões, dezenas de milhões ou até bilhões de unidades “a produção em massa é igualmente importante para robôs humanóides, para que possam ser mais baratos”.

a diferença é que poucas empresas de robôs humanóides insistem em fabricar humanóides. eles geralmente escolhem uma rota de compromisso, usando vários grampos para substituir mãos humanas ou rodas para substituir pernas. por passo.

mas musk foi intransigente. na discussão semanal sobre robôs humanóides, ele rejeitou um grande número de propostas de design que não eram humanas, como a instalação de diferentes ferramentas no braço do robô para realizar diferentes tarefas. ele acreditava que apenas o uso das mãos seria suficiente.

os engenheiros da tesla também sentiram que o dedo mínimo do robô era inútil, mas como removê-lo era "muito assustador" e desumano, eles o mantiveram. a alternativa era estender o comprimento do dedo mínimo para que ele pudesse desempenhar mais funções. musk também solicitou especificamente que os dedos do robô tivessem a conicidade de um dedo feminino. ele definiu a altura do robô em 5 pés e 8 polegadas (quase 1,73 metros), um pouco menor que a altura média de um homem adulto americano, ele pediu ao robô que se parecesse com um elfo andrógino para que "você não sinta que ele pode querer; machucar você."

um investidor que esteve em contato com a equipe da tesla disse que a insistência de musk na forma humana é para substituir o último elo que restringe os trabalhadores da fabricação de automóveis. naquela altura, a tesla tinha escapado completamente do inferno da produção, vendendo 500.000 veículos no ano passado, e o aumento contínuo do preço das ações impulsionou musk a tornar-se o homem mais rico do mundo. mas a fábrica de automóveis da tesla na califórnia produz 8.550 veículos por semana, aproximando-se do seu limite de capacidade. tesla percebeu que a eficiência dos trabalhadores havia atingido o seu limite. se quisesse ir mais rápido, só poderia construir ferramentas mais fortes do que as pessoas.

a fabricação de automóveis é um dos processos de produção industrial mais automatizados. o braço robótico nascido na década de 1960 foi usado pela primeira vez em fábricas de automóveis para transportar e soldar peças. na fábrica de automóveis da tesla, apenas o processo de montagem final requer a participação de um grande número de trabalhadores. eles usam as pernas para se mover dentro de uma pequena área da estação de trabalho, montar peças manualmente ou usar uma furadeira elétrica para apertar os parafusos. a maneira mais fundamental de substituí-los é criar pessoas semelhantes.

se um robô pode "entender" como trabalhar por meio de aprendizado de máquina, andar como um humano e levantar as mãos para concluir o trabalho na fábrica de automóveis tesla, então ele também deve ser usado em outros trabalhos e produzir efeitos de escala. esta é uma derivação lógica natural, mas todas as premissas são difíceis. três anos depois, a equipe de tesla nem sequer tem um caminho claro para a implementação.

exploração difusa: como simular humanos com peças mecânicas

antes de tesla, cientistas de todo o mundo pesquisavam há quase 50 anos para criar um robô humanóide funcional. a tarefa que enfrentam é fácil de compreender do início ao fim. eles usam metal, plástico, silício e outros materiais para simular ossos e carne humana e criam uma máquina que pode pensar e mover-se como um ser humano.

o robô humanóide mais famoso da indústria é o atlas, fabricado pela boston dynamics, que pode dar cambalhotas, correr rapidamente em grama irregular e dançar com flexibilidade em ambientes fechados. mas a boston dynamics desistiu de fabricar os dois órgãos humanos mais exclusivos – mãos e cérebros – desde o início. atlas pode completar movimentos difíceis, mas apenas em movimentos pré-definidos. as pontas de seus braços são espinhas redondas como doraemon.

quando tesla desenvolveu um robô humanóide, a primeira coisa que construiu foram mãos humanas. a mão humana tem 27 graus de liberdade, movimentos flexíveis, nervos táteis altamente sensíveis e fortes capacidades de controle de força.

no plano inicial, tesla instalou 6 motores de acionamento na mão do robô, permitindo ao optimus segurar a maioria dos objetos, mas estava longe de ser flexível. entre os cinco dedos, apenas o polegar está equipado com dois motores que podem dobrar para dentro e girar para a esquerda e para a direita. os quatro dedos restantes estão equipados apenas com um único motor que pode controlar a flexão e o balanço. cada atuador na mão possui um fio de metal conectado ao motor. quando o motor se retrai e libera o fio de metal, os dedos se dobram e se estendem de acordo.

os ponteiros do optimus de segunda geração têm atualmente apenas 11 graus de liberdade. em maio deste ano, musk afirmou que a optimus iria aumentar o grau de liberdade das mãos para 22 este ano, aproximando-o da mão humana. tesla agora tem um plano para uma nova geração de robôs.

mas as mãos humanas são feitas de carne e osso, não soldadas ou rebitadas em diferentes partes, como as mãos robóticas. quando a mão humana está em movimento, o pulso não colidirá com a palma da frente e a força não será perdida dentro da mão humana. no entanto, esses problemas podem ocorrer em mãos robóticas. a integridade estrutural da mão do robô está relacionada com a estabilidade e consistência dos movimentos da mão. tesla removeu muitos dos dispositivos de ligação da mão do optimus e usou uma corda feita de cabos para imitar o tecido muscular da mão humana, na esperança de minimizar a perda de energia e o atraso quando a mão do robô se move.

as pessoas sentem a pressão através da deformação dos membros e da compressão das terminações nervosas. o optimus mede a pressão através da corrente do atuador. o atuador fornece ao optimus a força para segurar o objeto, e a corrente corresponde à saída de força. as mãos humanas possuem dezenas de milhares de sensores táteis, mas a mão do optimus possui apenas 6 sensores de pressão e não consegue detectar a temperatura.

para as articulações das pernas, tesla usa alguns atuadores lineares. em comparação com os atuadores rotativos tradicionais, os atuadores lineares podem ser dispostos longitudinalmente para maximizar o uso do espaço interno das pernas, organizar motores maiores e mais longos e fornecer maior força de propulsão do segundo. os atuadores de perna da nova geração optimus são fortes o suficiente para levantar um piano de meia tonelada. mas a desvantagem disso é que o equilíbrio das pernas do robô é mais difícil de controlar e o desenvolvimento de algoritmos de controle torna-se mais difícil.

antes de deixar o optimus andar, tesla também mediu o mecanismo de transmissão de cada articulação da perna humana durante a caminhada e o torque de cada articulação para tornar os movimentos do optimus tão humanos quanto possível. do ponto de vista estrutural, o joelho humano é um dispositivo eficiente de ligação de quatro barras. os quatro ossos mais a articulação do joelho são capazes de andar, pular, agachar e outras ações, e podem controlar com precisão o centro de gravidade para. mantenha o equilíbrio e evite cair. atualmente, o optimus só consegue andar lentamente e ainda não consegue concluir com sucesso ações como agachar-se.

centenas de ossos e dezenas de articulações conectam o corpo humano a mais de 200 graus de liberdade, que tesla simplifica para os 28 graus de liberdade do optimus. esses graus de liberdade são alcançados por três tamanhos diferentes de atuadores rotativos e três atuadores lineares. os atuadores rotativos são distribuídos nos ombros e quadris que requerem rotações em grandes ângulos, enquanto os atuadores lineares são distribuídos nos joelhos, cotovelos e outras partes com pequenos ângulos de giro.

cada atuador é equipado com componentes como parafuso de avanço, redutor, motor, sensor e codificador. o motor fornece energia ao atuador e o parafuso converte a força rotacional do componente em uma força de tração para controlar a contração e extensão das articulações. o redutor funciona como a conexão entre ossos e articulações humanas e pode amplificar a força por meio de alavancagem.

aumentar a liberdade corporal é apenas o primeiro passo na simulação de pessoas com optimus. a tesla também continua a reduzir o peso do optimus, o que lhe permitirá realizar mais tarefas com a mesma potência. o optimus de segunda geração pesa 56,6 kg, o que é mais leve que um ser humano adulto.

para fazer um bom robô humanóide, componentes e materiais de hardware flexíveis, duráveis, estáveis ​​e com custo controlável são apenas a base. por exemplo, as pessoas podem capturar objetos em movimento porque o cérebro humano tem cognição de leis físicas, como gravidade e aceleração, para poder prever a trajetória, e o corpo tem a capacidade de se mover para completar essa ação aparentemente simples.

em 2022, a tesla irá transplantar a rede neural de visão mecânica do fsd (condução totalmente autónoma) do automóvel para o optimus. tal como ensinar um carro a conduzir, deixe o optimus compreender o mundo real e responder adequadamente, deixando-o aprender com as ações e o progresso humano.

"a direção autônoma exige que o carro evite colidir com qualquer objeto no mundo 2d, mas a tarefa do robô é colidir ativamente e entrar em contato com infinitas coisas no mundo 3d." um investidor que entrou em contato com a equipe da tesla disse que todo o sistema autônomo. a complexidade técnica necessária para dirigir é muito menor do que a de uma mão robótica.

“o maior problema é que não existem leis de escala no campo da robótica.” um investidor na área de robótica disse que este é um problema enfrentado por toda a indústria de robôs inteligentes. por um lado, eles não conseguem encontrar dados suficientes para. treinar modelos de robôs, por outro lado, não existe uma arquitetura de modelo adequada que possa digerir grandes quantidades de dados.

tesla começou a recrutar humanos para serem professores optimus no ano passado, com a clara exigência de ter entre 170cm e 175cm de altura, semelhante à de um robô. essas pessoas precisam usar dispositivos de captura de movimento com sensores por todo o corpo para demonstrar ao robô como as pessoas usam as articulações para se mover. alguns analistas especulam que a tesla poderá extrair dados importantes sobre os movimentos humanos de vídeos massivos no futuro e alimentá-los ao optimus para aprendizagem, o que pode acelerar a sua velocidade de aprendizagem.

de acordo com o progresso atual, os robôs humanóides precisarão de um longo período de aprendizagem e treinamento para atender aos requisitos mínimos de musk e substituir alguns trabalhadores nas fábricas de automóveis da tesla. um analista da tesla disse que em meados deste ano, a optimus passava em menos de 60 por cento dos testes de caminhada superiores a 500 metros.

seus oponentes são trabalhadores horistas no texas que ganham us$ 22 por hora. esses trabalhadores podem basicamente concluir uma série de tarefas complexas, como pegar peças, encontrar a posição certa para concluir a montagem e verificar a qualidade em 50 segundos. estas pessoas não conseguem caminhar 500 metros antes de cair e esperar que alguém as ajude. elas podem realizar comunicações e colaboração complexas com outras pessoas. no entanto, estão longe de ser os trabalhadores mais eficientes e com salários mais baixos do mundo.

musk só consegue citar duas coisas que tornam o optimus melhor que os humanos. é mais sério que os humanos e não deserta. pode funcionar continuamente por 16 horas quando totalmente carregado.

preparação antecipada: considere a produção em massa desde a fase de conceito

“é extremamente difícil produzir em massa (robôs humanóides) e é subestimado.” quando o ai day foi realizado em agosto de 2021, o projeto do robô humanóide de tesla ainda era um conceito, e musk prenunciou as dificuldades que enfrentaria.

ao projetar robôs humanóides, a equipe de tesla procurava maneiras de reduzir o custo e a dificuldade da produção em massa. de acordo com "musk biography", um exemplo típico é como deixar a mão do robô controlar a pressão exercida e sentir a pressão.

os engenheiros propuseram uma variedade de soluções, como usar corrente de atuadores na articulação do dedo para medir a pressão, colocar capacitores nas pontas dos dedos semelhantes aos usados ​​em telas sensíveis ao toque de telefones celulares ou incorporar sensores ou chips de pressão de ar e colocar uma pequena câmera.

uma prática comum na indústria robótica é instalar sensores de pressão nas articulações da mão humana, o que é mais caro e difícil de fabricar.

vendo esses planos, o designer-chefe da tesla, von holzhausen, fez apenas uma pergunta: qual é a diferença de custo? a solução final foi utilizar corrente elétrica na junta, pois não agregaria peças - o custo é controlável e é de fácil produção.

a experiência e os recursos acumulados pela tesla na construção de carros também foram transferidos para o projeto do robô humanóide. as primeiras versões de motores, baterias, sistemas de software, etc. em robôs humanóides são todas modificadas a partir de componentes semelhantes em veículos elétricos. mais tarde, a infraestrutura de software estabelecida por tesla por muitos anos será usada para otimizá-los.

assim como analisaram como os motores conduzem os veículos elétricos pela cidade, eles usaram um sistema de simulação para simular o desempenho de cada uma das 28 articulações do robô humanóide na execução de diversas ações, encontraram os pontos em comum entre elas e simplificaram-nas em seis tipos com menor custos unitários e pesos planos baixos.

existem muitos problemas óbvios com o optimus nesta fase. pessoas próximas à tesla dizem que a equipe de software também está trabalhando em maneiras de codificar substitutos para os dois sensores de força hexadimensionais nos tornozelos do optimus, que são volumosos e caros e fornecem redundância apenas parcial à estabilidade do robô.

para tesla, o maior desafio na produção em massa de robôs humanóides é torná-los úteis e bons o suficiente para serem usados. a tesla ainda não construiu uma linha de montagem de robôs e só pode montá-la manualmente. o custo de um único robô é de aproximadamente us$ 100.000, mas o valor que ele pode criar agora é mínimo.

depois de desenvolver robôs úteis suficientes, a tesla terá que construir uma cadeia de abastecimento de baixo custo a partir do zero.

embora toda a indústria tenha experiência de produção de diversas peças usadas em robôs humanóides, elas geralmente são usadas em cenários de fabricação de alta tecnologia e os preços permanecem altos. por exemplo, fusos de esferas são geralmente usados ​​em máquinas pesadas ou equipamentos aeroespaciais caros. tesla fez preparativos antecipados antes de o projeto do robô ser finalizado, a equipe começou a construir uma cadeia de suprimentos de baixo custo.

a partir de meados de 2022, a tesla começou a pedir aos fornecedores chineses de peças que enviassem peças para teste. entre os mais representativos estão os fornecedores de veículos elétricos tesla, tuopu e sanhua intelligent control, que montam atuadores. eles são fornecedores de longo prazo da tesla, fornecendo peças estruturais de alumínio fundido para o carro. específicos para o nível de componentes, também existem motores sem núcleo usados ​​pela motors electronics para a mão robótica de tesla e redutores harmônicos usados ​​em atuadores conjuntos pela greenland harmonics.

ainda há muitas incertezas sobre se esses fornecedores de peças poderão eventualmente entrar na cadeia da indústria de robôs tesla. o custo é a vantagem dos fornecedores chineses. um analista da área de robótica disse que, para as mesmas peças, as empresas chinesas são pelo menos 30% mais baratas do que empresas estrangeiras conhecidas, e algumas são até 80% mais baratas. mas ainda existe uma grande disparidade de desempenho entre as duas partes. aprendemos que entre o primeiro lote de amostras enviadas na rodada c a partir de meados deste ano, basicamente nenhum fornecedor de peças chinês atendeu aos requisitos da tesla.

um investidor que esteve em contato com a equipe da tesla disse que o objetivo interno da tesla é estabelecer uma cadeia de fornecimento de robôs humanóides fora da china. isso significa que se as empresas chinesas quiserem fornecer robôs tesla, elas precisam primeiro investir no exterior e construir fábricas.

a tesla montou um lote de robôs humanóides para testes em sua fábrica em austin, nos estados unidos. até junho deste ano, apenas dois carregavam baterias na fábrica. não há valor em usar um robô humanóide que custa mais de us$ 100 mil para transportar baterias de lítio. as fábricas de baterias geralmente usam veículos móveis não tripulados com paletes que custam menos de us$ 10 mil para carregar baterias e podem movimentar milhares delas de uma vez.

musk mais uma vez iniciou o ciclo ao qual estava acostumado: usar cronogramas irrealistas, forçar os membros da equipe a ultrapassar seus limites e aproximar-se da meta com atraso após atraso. no entanto, por vezes, a lacuna entre as expectativas e a realidade é tão grande que mesmo uma ou duas gerações não conseguem preenchê-la, como foi o caso do carro eléctrico que edison promoveu há cem anos.

imagem do título: visual china