阿里达摩院科学家,3年造出小蛮驴!量产物流机器人,完全自动驾驶,4度电跑100公里

量子位 2020-09-17 11:09
雷刚 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

没想到,这就是阿里达摩院最前沿的AI和自动驾驶技术的集大成者。

取名小蛮驴,四轮构造,外形酷萌、灵活身手还能穿梭在各种末端道路场景中完成送货。

阿里方面解释,驴作为中国人过去最常用的劳动力,是帮助人代步、赶集、载货的生产力工具。而“小蛮驴”定位就是是数字原生时代的赶集工具。

它有驴一样暖萌、可靠、通人性,还有一股使命必达的“蛮劲”。无惧高温雨雪、雷暴闪电、极寒酷暑。也寓意着蛮聪明、蛮能干,蛮安全

作为阿里旗下首款物流机器人,小蛮驴具有类人认知智能,能轻松处理复杂路况,能聪明选择最优路径,遇到紧急情况,大脑应急反应速度是人类的7倍。

同时,做到了规模化商用量产的必要条件,除了低成本,还有高可靠——相当耐苦耐劳,充4度电就能跑100多公里,每天最多能送500个快递,雷暴闪电、高温雨雪以及车库、隧道等极端环境均不影响其性能。

阿里巴巴达摩院院长张建锋(行癫)透露,小蛮驴已经在末端真实场景中久经检验,很快就会在社区、学校,办公园区大规模使用。 

这也意味着:巨头阿里,正式进军机器人赛道。

小蛮驴由何构成?

宏观看产品。

外观参数,小蛮驴尺寸为21009001200mm——加上激光雷达高1445mm。

车身外观采用银灰色调,线条圆润、跟驴子一样自带萌感。

需要注意的是,车厢格口可以自由定制,按照最多每车满载50件常规尺寸的快递/包裹/外卖、每天送货10次计算,机器人峰值运力可达一天500单。

因为面向末端物流场景、提供最后三公里配送,小蛮驴在车速、续航和功耗方面,也有专门适配和设计。

车速方面,平均速度设定为15km/h,最高速度20km/h。

续航,采用抽拉式充电电池,每次充电4度、续航里程102公里。机器人平均行驶100公里所耗费的电量,还不到吃一顿两小时火锅用的电。

功耗方面,工作功率仅有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)。

接着技术维度拆解。

小蛮驴可以被分为三大部分——熟悉自动驾驶汽车的盆友或许不会陌生。

一是底盘,包括车身和线控集成,是小蛮驴的核心躯干。

而且阿里方面透露,底盘和车身的供应,实际也与汽车一致,出自整车厂。

二是传感器,小蛮驴的“眼睛”,让它有出色的感知能力。一前一后各1个激光雷达,加上6个摄像头组成的环视方案,以及毫米波雷达、惯导等传感器,跟当前最先进的无人驾驶汽车采用类似方案。

三是计算单元 ,小蛮驴的“大脑”,也是让小蛮驴最显技术实力的地方。

阿里达摩院团队搭建了一个异构方案,利用嵌入式GPU和FPGA的相互配合,既能实现末端复杂场景下的高性能计算,还可以把成本和功耗降下来,能以1/3算力的达到同等智能水平。

GPU可以发挥在计算性能方面的优势,FPGA则可以降低成本和补足GPU在数据传输方面的局限。

最终,这套嵌入式计算硬件+达摩院量身打造的算法、压缩模型,让小蛮驴不仅有L4级自动驾驶能力,还能够低功耗长续航,为量产和规模化商用奠定了基础。

那么这样的外观和技术硬件,究竟让小蛮驴拥有怎样的能力?

阿里官方回答,核心还是最前沿的AI和自动驾驶的基础技术,并且在智能、安全、可量产三方面具备行业领先的竞争力。

首先是智能,具备类人认知决策能力。能在复杂的末端场景中自如行驶、稳妥避障,顺滑处理转弯、急停、会车、倒车等情况。

在前两年的“内测”中,小蛮驴的自动驾驶率达到了“6个9”——99.9999%。

阿里还披露,机器人识别数量上百的行人、车辆的意图只需0.01秒;遇到危险需要急停时,只需0.1s大脑就能完成决策、规划并下发控制指令。

其次是安全,拥有五重安全设计,多层次冗余。

系统架构方面,就有大脑决策、冗余小脑、异常检测刹车、接触保护刹车、远程防护等。

另外,远程驾驶系统——即云代驾,负责在特定情况,比如遇到超越机器人认知能力边界之外的状况,可以由人力远程介入接管,并且因为5G的不断普及,这种远程接管的时延和安全性也得到了进一步保障。

最后,可量产,能够保证规模化商用。在算法自研和深度定制的基础上,小蛮驴在整体成本上实现了大幅下降,比业内一些原型产品同比只有其1/3甚至1/10。

并且随着供应链进一步整合和激光雷达等成本降低,整体成本还会进一步降低,这也意味着小蛮驴迈出第一步后,规模化商用只会越铺越快。

但是,并不代表一切轻而易举。

小蛮驴挑战性在哪儿?

发布会上,阿里巴巴达摩院院长张建锋说:

物流配送需求正在极速爆发,预计在不久的将来,中国每天将产生10亿个配送订单。而末端物流是整个物流体系中成本最高、效率最低的环节,物流机器人就是阿里提供的解决方案。

所以阿里此番进军物流机器人领域,利益和动机都很明确。

有天时的机遇。云计算、AI、5G等技术的交叉交融发展,正在推动机器人加速进化,机器人化解决方案也正在各行各业成为现实。

一直以来,机器人和自动化都是制造业皇冠上的明珠,但在上述基础技术之前,具体产品和效果始终差强人意。

而随着大数据、云计算、5G等新一代信息技术的发展,会促使机器人技术快速演进,软硬件技术日趋成熟、成本不断降低、性能不断提升……一个人机共生的时代正在到来,人与机器人的协作交互才刚刚开始。

据国际机器人联合会预测,即将到来的机器人革命将创造数万亿美元市场。Gartner预测,企业级机器人市场2018年至2028年的复合增长率会超过15%,年装载数量会从280万台增加至1100万台。

还有地利的诱惑。中国是公认的全球最大的机器人市场,中国电子学会数据显示,2014年至2019年,中国机器人市场平均增长率达到20.9%。其中服务机器人增速更高。

其中,2019年中国家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人市场规模分别为10.5亿美元、6.2亿美元和5.3亿美元,占比分别为47.7%、28.2%和24.1%。

从全球范围看,中国在工业制造领域的机器人渗透率(density)已高于全球平均水平。

但即便巨如阿里,想要摘取这颗“制造业皇冠上的明珠”,也不简单。

核心有三大挑战,每一项都是世界级难题。

一,技术可用性和可靠性

那此次小蛮驴要解决的末端物流场景来说,一方面涉及AI领域最前沿的难题,除了小空间密集场景内的感知识别,还有实时动态的意图分析和认知能力进化。

另一方面,令全世界自动驾驶从业者头疼的“长尾挑战”。

小蛮驴上岗,可以视为限定区域(ODD)内的低速自动驾驶配送。

但虽然条件范围已经相对明确,但只要场景中有人,而且人机共处,就会永远面临潜在的未知场景和难题,如果系统未曾学习、也无法聪明应对,就会在长尾挑战中沦陷。

而且自动驾驶,当前仍是一门实验科学,对于长尾挑战尚无定式和套路可用。

全世界范围内,一条路线是谷歌、Waymo开创的路测、ODD、规模化路测和试运营,最终在积累起足够场景和数据迭代之后,将产品和解决方案——RoboTaxi推向市场。

另一条路线的代表是特斯拉。直接在量产和实际场景中,让AI司机不断学习和迭代,最终可以进化至真正的RoboTaxi。但因为特斯拉作为车企、又是高速复杂的开放道路,这样的方案也始终被诟病过于激进。

所以从两条路线来说,摆在阿里和小蛮驴面前的,没有成功路径可循。

二、量产

不仅涉及成本和资源,也需要兼顾效率和安全,是一道寻找最优解的现实应用题。

如果如行业内自动驾驶车辆动则上百万的成本,难言量产。如果不解决计算力和功耗方面的挑战,规模化商用也无从谈起。

三,技术和商业模式都要形成闭环

无论是谷歌Waymo,还是马斯克的特斯拉,终极目标都是希望用AI司机把人类从驾驶行为中解放出来,都奔着RoboTaxi实现而去。

但马斯克最终选择广为诟病的影子测试模式,背后也离不开商业模式闭环的挑战。

如果直到RoboTaxi真正实现才能产生现金流,没有其他现金奶牛业务支撑的特斯拉,可能根本活不到RoboTaxi真正实现的那一天。

所以,虽然现在阿里小蛮驴,迈出的第一步是末端场景下的载货,但上述三大挑战,不仅需要解决,还得铁人三项、项项优秀。

那么现在,公开喊响量产、商用和规模化启动的小蛮驴,究竟有什么底气?

阿里解题:小蛮驴如何炼成?

最核心的底气,自然还是来自技术自信。

除了解构小蛮驴构成时谈到的传感器和计算硬件,阿里团队认为最能彰显技术领先性的,是其自研的自动驾驶机器学习平台:

AutoDrive

该平台的本质,是由机器替代人工进行算法调参、模型优化,让AI模型可以在数据中实现循环迭代和进化,能够越来越智能、高效地解决长尾问题。

达摩院自动驾驶实验室负责人王刚说,人工智能解决问题的发展规律,一定是不断减少人工参与。

所以在打造小蛮驴的整个过程中,他们始终秉持这样的理念:

不断把人工规则和方法,变成计算驱动,变成自学习,告别有多少人工才有多少智能的尴尬。

于是在AutoDrive的“大中台”作用下,能够基于复杂的多模态的自动驾驶数据进行自学习,服务感知、定位、决策、控制等“小前台”的算法迭代,解决了人工调参成本高、效率低、结果不可控的问题。

另外,基于AutoDrive平台的支持,感知、定位、决策规划等“小前台”能够不断提出更轻、更快的算法模型。

感知方面,达摩院自研的3D点云语义分割算法,让小蛮驴能够识别厘米级障碍物;

高精定位,能在无GPS或弱GPS环境下实现厘米级高精定位;

意图预测能力,只用0.01秒就能判别100个以上行人和车辆的行动意图。

……

总之,AutoDrive也是阿里给出的应对自动驾驶长尾挑战的方法。

在路线上,他们集合了Waymo路线和特斯拉路线的精华,在一个限定区域场景内,在现实运营中不断实现迭代。

但又在安全上多重冗余,从技术方案冗余到运营中的安全冗余,都让规模化落地商用有了保障。

当然,小蛮驴的底气,毫无疑问还有阿里综合实力和阿里经济体的支撑。

AutoDrive固然解决了数据和模型迭代问题,但没有大规模计算力支撑,就显得纸上谈兵。

实际上,在小蛮驴研发过程中,达摩院从一开始就搭建了自己的自动驾驶云平台,将海量数据(场景数据库、自动驾驶车数据、数据采集车数据)搬上阿里云。

打通数据收集、数据标注、仿真、模型训练、评价等整套系统,在云端开展数据管理、仿真测试以及算法模型训练,大大提升了自动驾驶算法研发效率。

基于这个自动驾驶云平台,达摩院推出了全球首个自动驾驶“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,大幅提升自动驾驶AI模型训练效率。

而阿里的经济体,则提供了最直接的应用场景。

小蛮驴虽然今日才对外发布,但阿里方面透露,内测运营早已在两年前开始。

核心内测场景,就是与菜鸟驿站结合送货,真实场景、真实问题,而且商业模式也非常直接。

小蛮驴方面透露,菜鸟现在就是内部最大客户,接下来的大规模落地中,也会与菜鸟驿站更深入合作。

所以小蛮驴的发布,绝不是达摩院黑科技落地交货的“表象”。

这只刚加入阿里动物园的“新物种”,是整个阿里经济体和生态中厚积薄发的技术成果。

小蛮驴,是阿里基础设施之上,结出的最新果实。

这也侧面反映出物流机器人这件事,进场并非如此轻而易举,连阿里这样拥有顶尖技术、强大资源和自洽经济体生态的巨头,都积蓄了3年,才有阶段性答案。

有意思的是,机器人也好、自动驾驶也是,外界其实早就知道阿里在研发。

也时常有“是骡子是马拉出来溜溜”的调侃。

没想到,最终站上阿里云栖黑科技年度发布头条的,是一只小蛮驴。

所以也是时候,回答这个第三方观察的问题。

如何评价小蛮驴?

首先,小蛮驴,真的很阿里

这是一种技术的理想主义和务实落地的平衡理念。从无到有打造小蛮驴的阿里团队,来自达摩院自动驾驶实验室

这是一个2017年内部组建的团队,负责人王刚,伊利诺伊大学香槟分校博士,曾任新加坡南洋理工大学终身教授……据说当时他主动请缨开启阿里自动驾驶研发,然后得到张建锋支持,一做就是三年。

科学家出身的王刚,深知自动驾驶的核心挑战所在——本质是一个实验学科,需要基于案例和范例去不断学习,通过场景倒推技术不断进步。

同时,有技术理想,但也要用商业化方式去倒逼科学难题解决。

一般而言,科学课题变成商业范式,无外乎两条路:

一条是没有条件和资源限制,最大程度解决难题,然后在过程中寻求商业化机会,人类历史上诸多技术创业,都分流于这条主干。

另一种则是一开始就有明确的定义域,然后寻求极致最优解。

王刚坦承,小蛮驴属于后一种,从3年前探索开始,他们就定下了智能安全可量产的三重维度,最终在物流机器人领域,找到了将AI和自动驾驶现阶段完美落地的钥匙,推动自动驾驶技术从垂直场景向更广泛的场景演进。

大的逻辑很明确,你现在还不知道自动驾驶的能力边界究竟在哪里,如果一开始不能定义,就会变成一个不断找边界的过程。

而这种思考问题和解决问题的逻辑,也似曾相识。

因为当初发起创办达摩院时,马云就是这样说的:

研究不应该是Research for Fun(为快乐研究),也不应该Research for Profit(为利润研究),而是Research for solving the problem with Profit and Fun(为解决问题研究并带来利润和快乐)。

For fun走得太远,for profit走得太近,都走不长。一个企业做得多大,在于企业解决多大的社会问题。这是阿里巴巴思考的逻辑。

所以小蛮驴的对外发布,也不只是一个产品亮相,而是以机器人平台、以小蛮驴智能科技有限公司亮相。

阿里之道,一以贯之。

其次,小蛮驴还展现了阿里的平台化逻辑、生态逻辑,基础设施逻辑。

小蛮驴亮相后的第一步,是在末端物流场景中规模化商用,提供最后三公里配送服务。

同时,名为智能机器人的平台也在今日推出。

这个平台,要开放的是小蛮驴检验成熟的机器人通用技术和能力模块,用户可在平台上快速开发各类不同场景机器人。

阿里官宣,除了轮式机器人,机器人平台还会开发双足、履带等不同类型机器人产品,用于救火救灾、防疫消杀、机场服务、景区导览、安全巡防等场景。

所以由此推导,这个平台的边界,肯定还不会止于物流或服务类机器人。

从一开始,小蛮驴就是AI和自动驾驶技术的产物,而在AI和自动驾驶领域,还有更大的场景和生态可展开。

比起小蛮驴代表的RoboDeliver货运方向,这条赛道上,还有更耳熟能详的RoboTaxi

阿里会止步于货运和服务的开放平台吗?

肯定不会。

或许未来某一天,小蛮驴这家公司,就会像平头哥一样,喊出“让天下没有难做的机器人\自动驾驶”。

这个意义上,小蛮驴的本质,是阿里使命愿景在AI\机器人\自动驾驶的的一次开花结果。

而现在,阿里进军机器人的第一步,已正式迈出。

One more thing

最后的最后,还有一个小问题:

如何尽快享受到小蛮驴的机器人送货服务?

阿里达摩院透露了一种方式——可以“挟包裹量以令小蛮驴”。

目前小蛮驴具体落地应用,还没有明确的地点规划,但会沿着学校、社区和公司园区三大场景展开。

那些日包裹量超过1000单的校园\社区\公司园区,可以被优先考虑。

1000单是一个什么样的概念?

618或双11为基准,不少大学校区都超过了这个数。

所以想用小蛮驴,写信、发邮件,打Call ~~~

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