首款实用人形机器人 Digit 5 发布

我没有料到会造出这样的机器人

Agility Robotics 的首款实用型机器人工作员，和我梦想中的样子大相径庭

作者兼 Agility Robotics 联合创始人乔纳森·哈斯特（Jonathan Hurst）身旁是他新的人形机器人工作员 Digit 5

Agility Robotics 是我 2015 年在俄勒冈州立大学机器人实验室创办的公司，现已推出 Digit 5。该机器人旨在成为首款能够安全、经济地规模化完成实用工作的仿人机器人，使我们能够将数万名仿人机器人带入现实世界。Digit 5 经过设计，能够将 23 公斤的托盘举到高层货架，其电池可在 9 分钟充电后运行 90 分钟，目标是连续多班次处理仓库中的重体力工作，填补那些对人类来说过于体力消耗或过于枯燥的工作所需的劳动力需求

Digit 5 是 Agility 十多年来一直努力的方向。但这款机器人体积笨重，缺乏其前身优雅自然的动作，而且距离我创办公司时梦想中要制造的机器人，比我预想的要遥远得多。为了推出一款实用的商业产品，Agility 采取了与我最初想象截然不同的道路

从 ATRIAS 到 Digit

我始终梦想制造能够像人类一样移动世界并与世界互动的机器人，将移动和操作结合起来。我追求的是通过精心设计的设备以优雅的方式驾驭物理约束的运动控制。2008 年我在俄勒冈州立大学创办动态机器人实验室时，我们开始了一个源于数十年来生物力学领域工作的理论：一个简单的“弹簧-质量”模型（由腿充当弹簧支撑的身体）应该能够复制动物中已知的所有行走和奔跑步态

我们将理论付诸实践，制造了双足机器人 ATRIAS——其全称是“假设机器人是一个球体”（Assume The Robot Is A Sphere），这是物理学家之间一个关于将复杂系统简化为其最简单形式的玩笑。ATRIAS 看起来像一座高脚大微波炉，因为它只旨在展示人类行走和奔跑的物理学原理。这是实现我梦想的曙光；尽管 ATRIAS 并非为了看起来像我们，但它在进入行走步态时仍然显得自然，甚至某种意义上仿佛有了生命

随着 ATRIAS 的成功，进步的障碍从科学转向了工程和组织，创办一家初创公司似乎是从一次性研究概念到实际机器人产品的桥梁。我确信两件事：一是能够制造出能去人类能去的地方的机器人，二是这种能力将极其有用。这种雄心与天真相结合，是任何创办新公司的人都需要的——这有多难呢？

创办公司的好建议是理解客户问题，然后找到利用你独特能力解决它的方法。我和我的联合创始人达米恩·谢尔顿（Damion Shelton）和米哈伊尔·琼斯（Mikhail Jones）没有这样做。我们依赖于相信这项技术将开辟新的可能性，并信任自己边做边摸索出商业模式。因此，我们只是专注于制造我们的首款产品：双足机器人 Cassie

卡西是研究人员最早可以购买的动态双足机器人，它能够通过主动、流畅的运动来保持平衡，而不是通过小心、僵硬的步伐。它有鸵鸟般的腿，不是因为我们在模仿地栖鸟类，而是因为工程上严格追求性能。它并非为商业用途而设计，没有躯干、手臂或头部。我们将卡西机器人销售给了哈佛大学、加州理工学院、密歇根大学、加州大学伯克利分校以及少数其他研究机构，最终在售出总共10台后，使美国250万美元双足研究机器人市场饱和。

ATRIAS、卡西和Digit 4 EVT（从左到右）在俄勒冈州塞勒姆的Agility Robotics的RoboFab中展出。这个7万平方英尺的设施每年有超过10000台Digit 5机器人的生产能力。Agility Robotics

因为卡西的硬件使研究人员的行走和跑步物理学研究成为可能，双足机器人研究的前沿转向了控制软件。传统上，工程师通过详细的数学模型来控制双足机器人，这些模型决定了机器人的运动方式。有了卡西，研究人员开创了双足行走运动的新方法——强化学习：一个模拟机器人通过试错学习，产生的神经网络控制物理机器。这种方法使得今天你看到的双足机器人几乎所有的动态行为成为可能，卡西在爬楼梯时从跌倒中恢复、在俄勒冈州立大学校园跑5公里以及打破机器人世界100米赛跑记录时看起来栩栩如生。

卡西让我们更接近于能够自信优雅地移动，但要使其有用，我们需要操作能力。在穷尽各种配置探索后，我们发现一个直立躯干有助于机器人保持平衡，而躯干顶部附近安装的两个手臂允许它捡起大型物体并在跌倒时抓住自己。Digit 1，它在卡西的腿上增加了躯干和手臂，是我们第一个移动操作机器人，也是朝着开发能为商业客户做有用工作的产品的又一步。

为什么Digit从仓库箱子开始

在探索Digit的第一个应用时，潜在客户不断问我们：为什么要有腿？为什么是拟人化的？这些问题很难回答，因为它们暴露了一个核心商业现实：Agility Robotics是否以优美的方式解决了一个酷炫的科学问题并不重要。对业务来说重要的是为客户解决实际问题。

在多年的行业合作伙伴合作中，我们在仓库和制造设施中找到了一个答案：移动箱子。箱子处理是一个明确定义的任务，需要两只手臂来抬起高处的箱子，而腿是平衡和狭窄空间移动的最佳方式。由于任务可以从一个部署到另一个部署有很大变化，因此它还没有被单用途自动化广泛解决。然而，它足够受限，可以给Digit一个经济上可行的第一份工作，同时它正在发展更广泛的一套技能。

2019年，Digit开始展示其执行实际工作的能力。与福特汽车公司合作，我们展示了Digit 1如何将包裹从自动驾驶汽车运送到前门廊。在与一家特定的全球包裹递送公司合作移动和分拣纸箱的过程中，我们开发了Digit 2和3。亚马逊在移动和堆叠料箱方面测试了Digit 4，它成为物流提供商GXO部署的第一个人形机器人。2024年，Digit出现在《时代》杂志的封面上

尽管Digit看似成功，但我的梦想与实际客户的需求之间开始出现冲突。我们不再与相对有耐心的大学研究实验室合作。Agility必须销售机器人才能生存，而客户只会购买提供价值的机器人。如果料箱没有移动，我们的客户就会亏损。我们花费了大量的时间和精力来保持首批部署的正常运行，这无疑消除了我们所有的利润。但这也以实验室演示永远无法做到的方式使我们的公司学习和生存

我不知道会多么困难，也不知道经营一家公司会涉及如此多与解决技术问题无关的事情：全国范围内的部署；运输、服务和客户支持；融资和投资者关系；更多的融资；人力资源和IT；开发车队管理软件；管理供应链；甚至更多的融资。我对这些事情没有任何经验。我的职业生涯一直专注于解决机器人与世界互动的技术挑战，结果发现这仅仅是建立一家成功的机器人公司的一小部分。但Agility是我看到的唯一继续技术工作并产生影响的途径

将Digit转化为产品

我知道Agility需要更专注于机器人作为产品，但我不知道如何实现这一点。雇佣我们需要的公司运营人员意味着放弃大量的控制，但我们别无选择。我们招募了一个具有商业化这项新技术所需经验的新高管团队，他们迅速做出了一些既痛苦又必要的改变

Digit版本1、2和3 [从左到右]展示了机器人从动态行走平台演变为实用移动操作器的演变。Agility

我们原本打算将Digit的下一个版本，Digit 4 EVT（工程验证和测试），作为一个相对较小的升级。但Agility的新领导层坚持认为，如果Digit要成为真正的产品，机器人就缺少一些关键特性。因此，Digit 4 EVT在高度压缩的时间表内进行了一系列重大改变，例如更大的电池和系统级的升级以符合安全和法规要求，这些改变增加了足够的质量，从而显著改变了机器人的外观和能力

早期的Digit是无头的，但Agility机器人公司能够证明Digit 4需要一个头，以优化天线和摄像头的位置，事实证明这对于人机交互非常有用。Christie Hemm Klok

我只能眼睁睁看着其他人发挥自己的才能，以令人痛苦的方式让 Digit 成为一个成功的产品，但这些方式并不总符合我的愿景。有些时候尤其艰难，我觉得有些妥协似乎并不必要，但做出这些决定已不再是我单独的责任。我不得不接受 Digit 已经远远超出了我的能力范围，并寻找影响决策而不是直接指挥决策的方法。在那一刻，这让我感到非常沮丧，因为 Digit 4 EVT 在外观和动作上后退了几步，与我对人形机器人应该看起来和移动的方式的愿景不符。

敏捷性是我们名字的一部分，因为敏捷性是公司未来的核心。我希望 Digit 是灵活而优雅的。当人们看到 Digit 时，我希望他们喜欢这个机器人，一眼就能明白它能做什么，并感觉到它在那里提供帮助。但 Digit 4 EVT 中，所有这些都被功能性所牺牲，因为当然它必须如此——客户只需要机器人来完成工作。设计过程变成了一场无情的筛选，美观和优雅的动作一再被残酷的功能性所推迟。对于一个思维更多地存在于未来而不是现在的人来说，接受这种轨迹对我来说很困难。然而，通过 Digit 4 EVT 的商业部署，我们开始真正理解特定的应用及其需求。我们绘制了 Digit 将执行的最初 10 个用例，然后基于我们所学到的一切从头开始设计 Digit 5。

Digit 5

Digit 5 将是 Agility 通用型机器人的第一步。它标志着我们从想象未来人形机器人应该是什么转变为根据客户部署的现实来设计产品。这些现实包括诸如欧洲 CE 法规合规性、北美 UL 电气安全认证以及联邦通信委员会对电磁辐射的限制等——所有这些对我来说都感觉与 Digit 的梦想有些不相关，但它们是绝对的要求。

Digit 5 的设计目标是成为第一个能够在人类同事旁边安全工作的类人机器人，每天工作 20 小时，并能举起超过人类能力的东西。Christie Hemm Klok

客户需求帮助我们意识到，安全是扩展规模的最关键障碍之一。在 Digit 4 的商业部署中，机器人必须在物理屏障后面工作，始终与人类隔开，以满足保险和监管要求。这在我看来很荒谬，因为我从未觉得我们的机器人是危险的，但我们必须证明它们是安全的。由于将机器人限制在安全笼中严重限制了它们的使用性，使 Digit 5 能够在人们周围安全工作成为主要设计目标。我们在这个挑战上花费了两年时间。

Digit 5 的设计目标是成为第一个能够在人类同事旁边安全工作的类人机器人。它将依赖于一系列传感器以安全的方式定位附近的人，然后根据这些信息采取行动。当有人接近时，Digit 5 被编程停止它正在做的事情，放下它的负载，坐在地板上，并在人接近到足以触摸机器人之前切断其电机的电源。这种保守的方法以可验证的方式降低了附近人员的风险，我们相信这是朝着与人类一起工作的第一步唯一合理的做法。

然而，这一策略也感觉像是机器人融入日常生活的道路上的巨大放缓。实现与人类的共存影响了Digit 5设计的几乎每个方面：腿部和身体的形状、安全认证的传感器、安全专用隔离计算机等。所有这些功能增加了机器人的复杂性、功耗、质量和物理尺寸。

Digit 5是Agility公司最大、最重、最强壮、能力最强的仿人机器人工作者。

机器人的设计以安全为驱动，集成了对机器人和它将工作的周围人类的保护。Agility Robotics

重达120多公斤的Digit 5是一个巨大的机器人。它需要达到美国职业安全与健康研究所为人类工作者推荐的举升限制，包括反复举起重达23公斤的垃圾桶和够到1.75米高的货架。Digit被设计为每天执行这些任务长达20小时——这是人类无法做到的。这需要足够强大和扭矩的电机来举起重物，但也需要足够的精度来巧妙地控制Digit与世界接触时施加的力。为了给这些电机供电，我们需要一个大电池和快速自动充电的码头。该码头将提供240安培的48伏电压，这足以让它的粗充电电缆在感应磁力下明显晃动，同时强大的风扇将空气吹过机器人躯干中的冷却通道，以防止电池过热。电池和冷却系统占用了Digit躯干的约75%，但它将允许机器人运行90分钟，并在9分钟的休息期间完全充电，实现近乎连续的工作。

所有这些额外的体积意味着Digit 5不能再像前几代那样奔跑或跳跃，我想象中的苗条形态也变得在物理上不可能。在某些方面，Digit 5感觉更像是一台叉车，而不是我试图建造的优雅仿人机器人。但理性地看待情况，我认为这种权衡对于任何声称其仿人机器人今天能做这种工作的公司都是必要的：如果你看到一个看起来像人类的人在工厂或仓库里工作，它要么举不起要求的重量，要么无法完成整个班次。而且，如果它没有被传感器覆盖，那么站在旁边很可能不安全。

Digit 5最明显的变化是人类般的腿部取代了我们早期版本中的鸵鸟般的腿部。虽然“向后”的腿部配置是为了行走和跑步而优化的，但我们发现它在蹲下时会产生问题，因为脚踝会碰到地面。Digit 5将花费大量时间从靠近地面的地方举起重物，因此我们使用了具有膝盖和臀部电机的仿人腿部配置，这些电机都贡献扭矩以帮助机器人再次站起来。

当Digit检测到接近的人类时，机器人会降低自身到地面并切断其电机的电源。Agility认为这是机器人工作时在靠近人类时唯一可以验证地降低风险的方法。Agility Robotics

其他公司制造人形机器人的过程中，只是模仿了人类的形态，却从未理解其目的。对外部观察者来说，现在看起来我们抛弃了Agility独特的腿部设计，而只是做了其他所有人都在做的事情，这非常令人沮丧。然而我知道，我们选择这个形状完全是基于纯粹的功能性工程选择。让机器人看起来像人类只是容易的部分——如果没有与之匹配的功能，以及理解支撑该功能的物理学基础，那么人类形态的整个意义可能会丧失。

凭借我们在Digit 5中设计的动力、电池寿命和安全特性，我们将拥有一个真正有用的机器人。但它也牺牲了一些对我愿景和使命来说核心的东西。我理解我们为何做出这些选择，并且能够为它们辩护，但它们一起让我感到不满意。这是工程师的诅咒。

Digit 5之后

我相信Digit 5将是Agility Robotics的规模化时刻，是我们可以开始大规模部署机器人的拐点。虽然机器人将继续搬运箱子，但我们的路线图包括许多更多任务，从拾取单个物品和照看机器，到准备组装零件和发货，最终自己进行组装工作。其可互换的工具接口和模块化设计将使我们能够逐步升级其子系统。它将是一个改进的平台，是未来行为训练的数据来源，同时也是一个可行的产品。

Hurst位于上一代Digit，Digit 4 EVT [左] 和Digit 5之间。Christie Hemm Klok

但我不能爱Digit 5。它是Agility有史以来建造的最大、最重、最昂贵的机器人，充满了设计妥协，使其能够成为它现在需要的机器人，而不是我梦想中的机器人。在开始时，我设想了在敏捷性和灵巧性方面的稳步进步，每个版本都变得更加动态化。相反，开发Digit 5需要大幅绕路以纳入似乎与我最初愿景无关的要求。然而，我现在认识到应对这些挑战一直是有必要的。客户和产品需求并没有毁掉我的愿景；它们揭示了我的愿景所缺失的东西。这就是机器人将实现商业成功并产生现实世界影响的方式，这也会让我更接近我的科学梦想。

直到我们达到那种激发我十多年前创立Agility的运动掌控水平，我们才不会有人形机器人能够匹配人类的机能。我在ATRIAS的弹簧质量运动和Cassie的奔跑步态中看到了这种掌控的微光。

我知道，凭借我们目前拥有的工具和硬件，这种掌控在物理上是可能的，尽管它有许多妥协，但Digit 5将为我们追求那个梦想提供一个实用的基础。我希望未来的每个Digit版本都更轻巧、更优雅，与人类互动更自然，并且在操纵物体和移动世界中表现得更好，使机器人能够进入我们之前无法帮助的我们的生活方面。等到我年老到需要在家中得到帮助时，我希望Digit能够胜任这项任务。

凭借Digit 5，Agility建造了一个在我们世界中派得上用场的机器人。现在，我正回到工作中，让它也变得美观。