特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

仿人机器人(Humanoid Robot),又称拟人机器人,具有类人的感知、决策、行为和交互能力。其有类人的外形外观、感觉系统、智能思维方式,控制系统和决策能力,最终表现“行为类人”。

仿人机器人被誉为AI领域的终极形态,设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互,从而辅助甚至替代人类的生产生活。应用场景上,主要分为商用场景和个人/家庭应用场景两大类,涵盖物流、送餐、清洁、陪伴、娱乐等应用领域。

本期的智能内参,我们推荐东吴证券和中信建投的报告《人形机器人行业专题报告》《仿人机器人:赋予机器“生命”,机器替人不再是想象》,从供给需求等多方面揭秘仿人机器人的发展现状。

来源 东吴证券 中信建投

原标题:

《人形机器人行业专题报告

《仿人机器人:赋予机器“生命”,机器替人不再是想象》

作者: 曾朵红?谢哲栋 朱玥 张亦弛

一、仿人机器人,跨学科杰作

回顾仿人机器人发展历程,有三个重要标志:第一阶段:以早稻田大学仿人机器人为代表的早期发展阶段;第二阶段:以本田仿人机器人为代表的系统高度集成发展阶段;第三阶段:以波士顿动力公司仿人机器人为代表的的高动态运动发展阶段;

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

▲仿人机器人三大发展阶段

本田ASIMO是纯电机驱动的人形机器人“鼻祖”,于2000年推出,采用纯电机驱动,自由度57个,之后十余年不断迭代升级,具备跑、跳、爬楼梯甚至跳舞等功能。售价250万美元,未进行商业化,2018年7月停止更新。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

本田(日本)/ ASIMO

波士顿动力仿人机器人Atlas是液压驱动“集大成者”,于2013年推出,采用液压驱动+控制模式,自由度28个,运动控制能力较为顶尖,目前可以实现多种“跑酷动作”。单台价值200万美金,目前无商业化尝试。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

波士顿动力(美国)/ ATLAS

我国机器人领域领军企业优必选的WALKER原型机于2016年,采用纯电机驱动,自由度41个,并多次迭代,目前版本可进行弹琴、倒水、步态行走等,商业化进程加速中。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

优必选(中国)/ WALKER

其他代表性产品包括软银的Pepper、Engineered Arts的Ameca、Agility Robotics的Digit等成本均较高,其中Digit主打物流垂直应用场景,商业化效果最好。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

其他代表产品

二、需求场景广阔,万亿蓝海市场

服务机器人可以分为商业机器人和个人机器人,应用场景较为广泛。商业机器人是指在专业环境中执行服务的机器人,而个人机器人则用于私人家庭。根据Statista数据,商业机器人的应用场景主要包括医疗、物流、农业和其他(包括国防、公共关系等),个人/家庭机器人的应用场景主要为家务机器人(辅助吸尘、地板清洁、草坪修剪、游泳池清洁、窗户清洁、家庭安全等)、娱乐休闲机器人(用于满足情感需求、教育、陪伴等)。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

▲应用场景

商业场景中,医疗机器人占据最大的市场份额,物流机器人增速最快。根据Statista数据,2022年服务机器人中应用于医疗场景的机器人销售额达101亿美元,占比约34%,主要由于老龄化导致护理需求人数增加。此外,应用于物流领域的机器人2022年达46亿美元,增速最快,主要由于新冠疫情流行+互联网发展导致在线购物迅速发展,增加了对物流速度和交货时间的要求,物流、仓储中使用机器人可大幅度降低人工成本,提高效率。

个人/家庭场景机器人增速较快,仍具备较大增长潜力。个人/家庭场景中,2022年机器人销售规模达91亿美元,相比2018年的46亿美元,实现接近翻倍的增长;其中用于家务场景、情感交互场景的机器人分别占比82%、18%。我们认为个人/家庭场景是机器人未来发展的终极方向,相比商业场景具备更强大的增长潜力,市场空间广阔。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

服务机器人商业场景下市场规模(百万美元)

根据公开信息,特斯拉Optimus的应用场景以个人/家庭场景(C端)为主,同样包括商业服务场景与非结构化工业生产场景(B端)。场景进入顺序上,我们预计短期应用于个人/家庭场景,中期有望进入商业服务场景和非结构化&轻量化工业场景,长期待交互技术进一步突破后有望满足情感、陪伴等需求。

结构化工业生产场景也许并非Optimus的主要应用场景。由于生产过程中工艺工序较为固定,工业机器人专业化程度高、柔性化程度也在加深,可满足多下游行业生产需求,类人度要求较低,因此并非特斯拉Optimus的核心应用场景。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

特斯拉Optimus场景预测

家务场景机器人应用主要集中于亚洲、美国和欧洲。根据Statista数据,2022年亚洲、美国、欧洲的家务场景服务机器人销售额预计分别为28亿美元、24亿美元和17亿美元,合计共占89%。 故我们选取其中的主要国家:亚洲的日本、中国、国,欧洲的英国、法国、德国、意大利,以及美国的家庭户数作为测算依据。

考虑经济发展水平和人均收入等因素,我们假设美国/欧洲/亚洲市场未来(约1-3年)人形机器人渗透率分别可达16%/12%/8%,结合美国、欧洲、亚洲的主要户数情况,可计算出美国/欧洲/亚洲的平均台数分别为1343/1496/4347万台,总需求台数可达7186万台。如果单价按照规模化生产后的20万元均价测算,则总市场规模约14万亿元,空间广阔。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

家务机器人目前市场区域分布

随着AI技术的进步,人机交互能力逐步加强,最终人形机器人可以很好的满足情感/陪伴需求。我们以一人户家庭为主要目标群体,将美洲、欧洲、亚洲核心国家的家庭户数拆分为一人户家庭和非一人户家庭,一人户家庭以情感/陪伴需求为主、给予较高渗透率(美国、欧洲、亚洲分别为35%、28%、20%);非一人户家庭按照家务场景需求为主、给予渗透率估计(美国、欧洲、亚洲分别为16%、12%、8%),最终测算得到家务+情感/陪伴场景下人形机器人总需求台数为10107万台,按照单价20万元,则市场规模约20万亿元。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

情感陪伴+家务需求,个人/家庭场景下规模达20万亿

三、特斯拉Optimus:运动控制待突破,商业化可期

特斯拉人形机器人时间线:

2021年8月20日,马斯克在首届特斯拉人工智能日(AI DAY)上首次发布特斯拉人形机器人(Tesla Bot)计划,代号“擎天柱”(Optimus),正式宣布进军机器人领域,预计2022年完成,第一版可在2023年投入生产。

2022年4月,马斯克在财报会议上指出,Optimus的重要性将在未来几年逐渐显现,最终将比汽车业务、比FSD更具价值。

2022年的TED访谈中,马斯克也提到人形机器人的第一批生产打算用于那些危险、无聊、重复以及人们不情愿去做的工作。并且表示,起码在两年内可以生产出有实际用途的产品,且价格预计比制造一辆车的价格更便宜(特斯拉汽车在中国的售价最低为30万元左右)。

2022年6月,马斯克在推特上发文,将特斯拉第二个人工智能日(AI Day)由原定的8月19日推迟到9月30日,可能推出Optimus原型机,同时马斯克在接受彭博社采访时称:人形机器人Optimus将在9月30日的特斯拉AI日活动上面世。

特斯拉核心参数已公布:身高5尺8寸(约1.73米),头部带有显示屏,用以展示信息;采用Autopilot的摄像头作为视觉感知传感器,共八个摄像头;采用FSD自动驾驶芯片作为计算核心;脖子、胳膊、手、腿、躯干累计搭载了40个机电传动器;搭载多相机神经网络、基于神经网络的规化、自动标记、算法训练等;以轻量材料打造,最高时速达5英里/小时。

三大核心技术:人机交互、环境感知、 运动控制。

人机交互:近几年人机交互技术从之前只能接受固定命令,到现在通过大量的深度学习和图像训练,可以精准进行不同场景下的语音语义&图像识别,应用端主要体现在智能家居等领域。

环境感知:指通过摄像头、雷达、传感器(力矩、倾角、红外、触觉、温度等)对机器周围环境的监控&获取信息,应用最为极致的主要为自动驾驶。

运动控制:主要包括硬件、软件两方面:1)硬件主要为电池、控制器、电机、减速器等,目前难点在核心关节的电机系统设计、材料轻量化等方面;2)软件主要是协调几十个关节协同运作,含各类运动控制算法(例如现有人形机器人采用水平反应控制、目标ZMP控制、步长位置控制等算法)。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

人形机器人三大核心技术

人形机器人在交互&环境感知方面,可复用特斯拉自动驾驶等技术。智能汽车≈自动驾驶+轮式机器人,人机交互、环境感知相关技术可以复用,车企布局人形机器人逻辑较顺。

Optimus头部配备与特斯拉汽车相同的摄像头等传感器阵列,算力支持由FSD(Full Self-driving,自动驾驶)芯片提供,同时与汽车共用AI系统,利用Dojo超级计算机的训练机制去提升机器人的功能。

FSD(Full Self-driving,自动驾驶)芯片:特斯拉自动驾驶芯片完成了由Mobileye、英伟达向自研FSD芯片的迭代(台积电代工),自研芯片算力可满足L5级别自动驾驶。

D1芯片:2021特斯拉AI日公布自研芯片D1,采用分布式架构,7nm制程,每个D1芯片搭载500亿个晶体管、354个训练节点,单芯片BF16精度下算力高达362 TFLOPs,功耗仅400W。特斯拉25个D1芯片组成一个训练模块,实际应用中,特斯拉将120个训练模块组装成超级计算机,含有3000个D1芯片、超100万个训练节点,算力可达1.1 EFLOP。

复盘特斯拉电车商业化成功之路,回顾特斯拉近十年销量,2011年特斯拉全球销量不足300辆,历经十年迅速增长至2021年的93.6万辆,10年CAGR高达124%。其中,2012年Model S上市,特斯拉销量增长至2650辆;2018年Model 3在美交付,销量同比高增139%达到25万辆;2021年国产Model Y上市。

2018年 Model S/X进入销量瓶颈期,Model 3/Y在18-21年销量实现高速增长,销量占比稳步提升。其中2021年 Model S/X销2.5万辆,同比-56.2%,销量占比2.7%;2021年 Model 3/Y销91.1万辆,同比+106%,销量占比97.3%,贡献2021年主要增量。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

特斯拉2013-2021年销量(万辆)

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

特斯拉分车型2015-2021销量(万量)

复盘特斯拉电动车的成功之路,人形机器人有望解决替代人类进行多种类、重复性工作的痛点,合理定价下可具备较强经济性(假设Optimus价格在20-40万元,回收期有望在2-5年以内),叠加智能化相关技术迭代使得Optimus有望逐步成为“爆款”,产品已具备商业化基础。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

人形机器人 VS 电动汽车

特斯拉在三电技术、智能化技术、商业模式&营销策略方面全面领先,相比其他自动驾驶厂商具备绝对竞争力,由于人形机器人和电动车具备众多相似之处,人形机器人领域特斯拉相比其他厂商仍具备相对优势,Optimus商业化成功率较高,有望率先主导市场。

特斯拉小米纷纷下注!揭秘爆火的人形机器人,万亿新风口 | 智东西内参

特斯拉三电技术、智能化技术、商业模式全面领先

Model S为特斯拉最长线的产品,从2012年上市至今,我们认为可以通过特斯拉Model S的发展历程判断人形机器人的放量节奏:上市以来, Model S不断更新换代,15-17年逐步起量,17-18年达到稳态销量水平,18Q4销2.76万辆(含Model X),19年以来Model S进行改款,21年推出S Plaid,突破销量瓶颈。

人形机器人有望于23年底交付,预计2025年前可维持100%以上高增速:类比特斯拉ModelS——12年上市,5年时间销量迅速增长,16-17年销量增速(含Model X)分别为50%/33%(13-15年我们预计复合增速80%+),18年销量稳定。

预计Optimus有望于2022-2023年开放预定,2023年底开始交付,交付量10万台左右,交付后2-3年交付量预计逐步爬坡。考虑到人形机器人为新兴产品,市场空间相对电动车更广阔,因此Optimus量产后增速有望远高于Model S,我们预计2024-2025年销售量分别为30万台/100万台。

智东西认为,人形机器人技术集成难度高,是未来智能机器人重点发展方向之一。随着特斯拉Optimus颠覆性的发布加上小米CyberOne对行业的“搅局”,加上下游应用场景的逐渐渗透,未来市场空间广阔。