阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

机器人
阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”
麻省理工科技评论 2020-09-17

2020-09-17

本次发布的,不仅仅是一款机器人,而是一个机器人平台。
人工智能 机器人
本次发布的,不仅仅是一款机器人,而是一个机器人平台。

9 月 17 日,阿里巴巴达摩院(下称 “达摩院”)发布首款物流机器人小蛮驴,和它一起发布的还有阿里机器人平台,这标志着阿里正式进军机器人赛道。

阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

图 | 小蛮驴(来源:达摩院)

一直以来,机器人被称为 “制造业皇冠上的明珠”。据国际机器人联合会(IFR)预测,机器人革命将创造数万亿美元的市场。在国务院《关于组织做好 2020 年度国家重点研发计划相关重点专项项目申报工作的通知》中,也把“智能机器人” 作为重点专项。

2017 年,中国信息通信研究院联合 IDC 发布白皮书《人工智能时代的机器人 3.0 新生态》,按照该白皮书的划分,机器人 3.0 时代始于 2015 年,此阶段的机器人可实现从感知到认知、推理、决策的智能化进阶。

而大数据、云计算、5G 和物联网等技术的发展,也在推进机器人的快速演进。中国作为全球最大的机器人市场之一,有着广泛且巨大的应用需求。

攻克“末端三公里”物流顽疾

近年来,电商和物流的发展,极大方便了人类生活。但“末端三公里”的难题,一直未能攻克。尽管快递业已探索出快递柜和物流驿站等方法,但由于用户习惯和布局不便等原因,“末端三公里”仍是困扰多方的痛点。

一贯追求用技术解决社会问题的达摩院,交出了小蛮驴这一解决方案。达摩院自动驾驶实验室,一直专注于环境感知、高精定位、决策规划等六个领域,其中多个研究领域的成果指标:如行人 / 车辆检测、无 GPS 信号下的高精定位、大规模仿真等能力,已达到世界领先水平。

阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

图 | 小蛮驴侧身照(来源:达摩院)

小蛮驴的名字,来源于中国人非常熟悉的动物——驴,驴具有结实粗放、性情温驯、刻苦耐劳等优点。在浙江方言中,“蛮”有着“很、非常”的意思,起这样的名字也寓意着小蛮驴是一个拥有使命必达的“蛮劲”的机器人。除了能干,它还具备智能、安全、可量产等特性。

小蛮驴的定位是面向小区、高校园区和办公园区等末端物流场景,提供快递包裹、新零售和本地生活的最后三公里配送服务的智能机器人。它具有类人认知智能,大脑应急反应速度达到人类的 7 倍。

阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

图 | 小蛮驴的特性(来源:达摩院)

在尺寸上,小蛮驴的尺寸为 2.1*0.9*1.2m,加上激光雷达高 1.445 m,总高度相当于十岁孩子的正常身高。

在设计上,它的车厢格口可以自由定制,外观采用银灰色调,圆润的线条,让其萌感十足。

在工作能力上,以每车最多满载 50 件常规尺寸的快递 / 包裹 / 外卖、每天送货 10 次计算,小蛮驴的峰值运力可达一天 500 单。

在车速上,考虑到末端场景的安全需要,小蛮驴的平均速度为 15km/h。在续航上,其采用抽拉式充电电池,每充电 4 度,就可续航 102 公里,行驶 100 公里所耗费的电量,低于家用电磁炉吃两小时火锅的耗电量。

在功耗上,机器人功率仅有 615w,不到戴森吹风机的一半(1600w),不到常规家用电磁炉的三分之一(约 2000w)。此外,它还采用 L4 级自动驾驶技术,可在复杂场景中自如行驶,并能稳妥避障。

不过它的诞生,并非要取代快递员,而是要成为他们的帮手。数据显示,中国在过去 10 年,基本每过两年快递包裹数量就会翻一番,中国目前每天大约有 2 亿笔快递包裹。在不远的将来,很可能达到每天 10 亿笔快递包裹的规模。然而快递从业者的数量提升较小,且一直维持在两三百万左右的规模。

随着中国人口老龄化的到来,物流行业必将出现劳动力短缺。届时就需要用技术手段,来协助快递从业者。

小蛮驴背后的技术:达摩院最新人工智能和自动驾驶技术

小蛮驴主要使用达摩院的 AI 和自动驾驶等技术,如算法能力、软硬一体化设计能力等,这些能力最终打造出具备类人能力的小蛮驴。

在算法架构层面,达摩院提出“小前台、大中台”算法架构。“大中台”,指的是达摩院在业界独创的自动驾驶机器学习平台 AutoDrive,它不仅能代替人工进行算法调参、模型优化,还可将算法迭代效率提高 1 到 2 倍。“小前台”,指的是感知、定位、决策、控制等方面的算法迭代。“大中台”AutoDrive 能基于复杂的多模态自动驾驶数据进行自我学习,进而服务于 “小前台” 的算法迭代。以达摩院自研的软硬一体高精定位系统为例,其搭载的多传感器融合紧耦合算法,通过软硬件一体化设计,能以 10% 的成本达到业界领先水平,这使得小蛮驴能在无 GPS 或弱 GPS 环境下实现厘米级高精定位。

在算法感知方面,小蛮驴借助达摩院自研的 3D 点云语义分割算法,能识别 “厘米级” 障碍物,且具备精细化理解环境的能力。2020 年 5 月,该算法在自动驾驶权威数据集 Semantic KITTI 的 “单帧 3D 点云语义分割” 排行榜位居第一,并在今年的 CVPR 上获得检测跟踪算法比赛第一名。

阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

图 | 达摩院自研的 3D 点云语义分割算法(来源:达摩院)

关于小蛮驴的算法感知能力,达摩院自动驾驶实验室资深算法专家陈俊波举例称,以砖头这样的障碍物为例,如果机器人在行驶速度较高的情况下没能识别它,可能就会引起侧翻,而小蛮驴则能感知到砖头、并进行绕开,该能力正是基于 3D 点云语义分割算法。

阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

图 | 小蛮驴急停测试画面(来源:云栖大会)

在算力层面,达摩院凭借背靠阿里云的天然优势,获得了云端计算资源、计算集群工程运维和云端数据存储等资源支持。基于此,达摩院在 AutoDrive 平台搭建了专属自动驾驶云平台,并将场景数据库、自动驾驶车数据等数据搬上阿里云,通过打通数据收集、数据标注、仿真、模型训练、评价等整套路径,该自动驾驶云平台可开展数据管理、仿真测试和算法模型训练,从而让自动驾驶算法研发更高效。基于自动驾驶云平台,达摩院还推出全球首个自动驾驶 “混合式仿真测试平台”,该平台采用虚拟与现实结合的仿真技术,引进真实路测场景和云端训练师,模拟一次极端场景只需 30 秒,系统每日虚拟测试里程可超过 800 万公里,自动驾驶的 AI 模型训练效率得以大幅提升。

阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

图 | 小蛮驴过石墩测试画面(来源:云栖大会)

在软硬协同设计层面,小蛮驴身上的嵌入式计算平台、传感器、定位单元等硬件,均采用软硬一体化设计,这种协同方式最终把小蛮驴的计算单元功耗降低 72%、成本降低 50%、体积压缩 62%。在软件方面,为提高软件的计算效能,达摩院分别从算法层面和计算层面着手:在算法层面,对算法模型做小型化和轻量化处理后,不仅计算需求得以减少,检测、分割等算法模型也得到精简;在计算层面,通过提高并行度和资源利用率,计算效率得以提升。在硬件方面,最新升级的 AutoDrive 2.0,可将最优部署信息建模到神经网络搜索优化方案中。这种基于软硬件协同优化的神经网络搜索方案,让小蛮驴的深度学习算法,得以在嵌入式计算单元上实现,最终提升了它的工作时延和工作准确率。

在传感器方面,达摩院提出多层级多传感器融合的技术解决方案,将激光雷达、摄像头、毫米波雷达、惯导等传感器结合在一起,生成了多传感器融合系统。该感知系统结合前融合和后融合的技术模块,能更精确地输出周围障碍物的位置、运动状态和姿态等信息。

阿里进军机器人赛道,达摩院发布首款物流机器人“小蛮驴”

图 | 小蛮驴漂移测试画面(来源:云栖大会)

小蛮驴三大优势:智能、安全、可量产

以上技术的加持,让小蛮驴拥有智能、安全、可量产等三大竞争力。

在智能方面,小蛮驴具备类人认知的决策能力。在顺滑处理转弯、急停、倒车等复杂的末端场景中,其自动驾驶率可达 99.9999%。据陈俊波表示,在末端场景测试中,他们会设置一些路桩,路桩上带有宽度不到三厘米的连接带。99.9999% 的自动驾驶率,相当于小蛮驴在行驶过程中,遇见上述细小连接带时,依然能把它识别出来、并进行绕行。陈俊波介绍称,为实现该驾驶率,达摩院花费两年左右的时间,在真实的末端场景中,做了不间断的小批量试运行。

在安全方面,小蛮驴拥有五重安全设计:即人工智能大脑、冗余小脑、异常检测刹车、接触保护刹车、远程防护。其中,最重要的是人工智能大脑,它能做整体的定位、感知、预测、决策规划、控制,以保证小蛮驴的安全性。冗余小脑,是为了保障在人工智能大脑出现问题时,冗余小脑可以去负责兜底。

在量产方面,通过使用算法自研+深度定制的策略,小蛮驴已具备规模化量产能力。这背后主要有三大原因:第一,小蛮驴的外观,由达摩院自主设计,并拥有设计专利;第二,小蛮驴的底盘及激光雷达等核心主传感器,属于内部深度定制;第三,小蛮驴拥有高性能、低成本和低功耗的计算单元。一款产品,只有具备量产能力,才能走出实验室、进入寻常用户中。

谈及这一过程,陈俊波表示:“机器人或自动驾驶车辆的主要成本,一是传感器设备,其占据着成本大头;二是计算设备和计算平台,在这方面达摩院有一个深度化定制的嵌入式异构计算平台;三是运动底盘和整个上装。达摩院结合三大成本和自身算法,对大规模硬件做了深入定制,再加上软硬件一体化的设计,让小蛮驴的成本得以大幅下降。”

将最先用于菜鸟驿站

目前,菜鸟驿站是达摩院物流机器人最大的客户。菜鸟驿站率先大批量地使用小蛮驴机器人,预计明年小蛮驴就将出现在人们身边。

届时,用户可在手机上预约好配送时间和配送地址,并指定由小蛮驴来做配送。发出的请求进入云端调度系统后,菜鸟驿站工作人员会把订单商品,从驿站中拣出来、并放到小蛮驴上。小蛮驴到达指定位置后,会电话通知用户,让用户到预约地点取包裹。

概括来说,小蛮驴取代的是快递员的跑腿服务,它并不能取代驿站工作人员的双手。此外,菜鸟驿站在使用时,还要给小蛮驴配备停车充电场地和网络基础设施。

小蛮驴回到停车场时,一是可以充电,二是可以上传数据,它会把所有运行数据都上传到云端。云端收到数据后,可对整个算法进行训练、优化、迭代和验证。使用5G通信技术,小蛮驴还能做到实时数据上传。

达摩院的机器人宏愿和机器人通用技术

事实上,阿里从 2015 年就已开始探索机器人赛道。自 2017 年起,达摩院更加关注末端物流赛道,并进行了线下运营场景的前期探索和实践,以及围绕多维度自动驾驶场景来做数据沉淀。小蛮驴发布后,达摩院将从中提炼出机器人通用能力,机器人通用能力在车端,主要有定位、感知、预测、决策规划、控制等算法,在云端则有整体的链路。

对于机器人通用技术,陈俊波表示:“在这方面,达摩院有着多年积累。本次发布的,不仅仅是一款机器人,同时还有一个机器人平台。达摩院希望把机器人的通用化能力抽象出来,并沉淀成机器人平台来赋能整个行业。达摩院的自动驾驶实验室,还将依托阿里云和整个阿里集团,打造出云端一体化的产品链路。一家机器人初创公司可能没有能力去打造完整的系统化能力。因此达摩院希望把自己的能力沉淀出来,并开放给整个机器人行业。”

由于不同末端场景,面临着多样需求,比如消杀机器人、机场巡检机器人等。而在不同末端场景,大家对场景需求的理解程度各有高低。从淘宝诞生开始,阿里就开始做物流,因此其对物流的理解,相对来说更深刻。

同时,得益于菜鸟驿站的赋能,达摩院也有能力深耕不同场景的机器人服务。达摩院表示,尽管菜鸟驿站是小蛮驴的最大客户,但他们也非常欢迎外部客户。鉴于社会上还有很多其他需求,他们希望能和外界一起合作研发不同场景的机器人。

麻省理工科技评论

From Tech to Deeptech