Resumen generado por IA: La solicitud de IPO de Unitree Technology en el Mercado de Ciencia y Tecnología ha sido aprobada; los robots realizaron saltos mortales y artes marciales en la Gala de Año Nuevo, superando el récord humano de media maratón. El artículo desglosa detalladamente los cuatro sistemas de hardware de los robots: estructura, articulaciones, sensores y sistemas eléctricos y de cálculo. Los materiales de la estructura han evolucionado desde el acero hasta aleaciones de aluminio, magnesio y titanio, equilibrando ligereza y resistencia al impacto; los actuadores, que representan el componente más costoso (aproximadamente el 51%), se dividen en actuadores rotativos y lineales, e incluyen componentes precisos como reductores, motores, husillos y codificadores; los sensores incluyen IMU, cámaras, LiDAR y sistemas táctiles; los chips utilizan una arquitectura de “cerebro + cerebelo”. El artículo señala que, aunque la superposición con las cadenas de suministro de teléfonos móviles y automóviles supera el 80%, los verdaderos desafíos radican en la integración a nivel de sistema, el equilibrio de ingeniería y la consistencia en la producción en masa; la madurez de la cadena de suministro es un factor clave para la evolución de los robots.

Autor y fuente del artículo: 36氪

El dilema físico de los robots humanoides

El 1 de junio, la solicitud de IPO de Unitree Technology en el mercado STAR fue aprobada por el Comité de Revisión de Listado de la Bolsa de Valores de Shanghái. Y hace poco, Unitree lanzó su primer mecanismo transformable tripulado. ¿A qué distancia estamos de que los robots se implementen realmente?

En la gala de Año Nuevo Lunar del año pasado, los robots aún giraban pañuelos y bailaban yangge; este año, ya han avanzado directamente a saltos mortales y artes marciales de alta dificultad. Hoy en día, incluso los robots fabricados por fabricantes de teléfonos móviles pueden superar récords humanos en caballos de madera. ¿Por qué la evolución de los propios robots ha sido tan rápida en los últimos dos años?

Para comprender mejor la evolución ontológica de los robots, visitamos a algunas de las empresas líderes en robótica y hablamos con varios profesionales del sector: ¿cuáles son las verdaderas dificultades para fabricar robots? ¿Es realmente baja la barrera de entrada para la fabricación de robots? ¿Cuál es realmente el foso competitivo de las empresas de robótica?

En este artículo, desglosaremos detalladamente cada componente del robot; tras leerlo por completo, podrás armar tu propio robot.

01 Material de la estructura: Equilibrio entre ligereza y resistencia al impacto

Los robots cuentan con una gran variedad de componentes físicos, que podemos clasificar aproximadamente en cuatro sistemas: el esqueleto que sostiene toda la estructura, las articulaciones que impulsan el movimiento del esqueleto, los sensores que perciben el entorno, y los sistemas eléctricos y de cálculo que controlan el cuerpo. Comencemos por el esqueleto.

Si un automóvil que viaja a 60 km/h impacta contra un maniquí, debido a la enorme fuerza del impacto, el maniquí será lanzado y se romperá en pedazos. Para los robots humanoides, soportar este tipo de impacto ya se ha convertido en algo "cotidiano".

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Cada vez que el robot realiza un salto mortal y toca el suelo, experimenta una aceleración de decenas de g, posiblemente incluso mayor que la de los automóviles y los vehículos espaciales, similar a la aceleración de un automóvil que choca contra una pared.

Esto plantea un desafío para los materiales de la estructura del robot: debe ser lo suficientemente ligero para dar volteretas, pero también lo suficientemente resistente para soportar tales fuerzas de impacto; de lo contrario, tras una voltereta, las piezas podrían salir volando. Por lo tanto, el primer desafío del robot es explorar materiales para su esqueleto.

El primer robot a escala completa del mundo, el WABOT-1, estaba hecho principalmente de acero y pesaba aproximadamente 160 kg; probablemente, al saltar, dejaría un hoyo en el suelo, sin mencionar hacer volteretas.

Luego, desde el ASIMO de Honda, la versión hidráulica temprana de Atlas de Boston Dynamics, hasta el primer Tesla Optimus, la aleación de aluminio se convirtió en la opción predominante, con una densidad de solo un tercio la del acero.

La industria ya ha comenzado a explorar más materiales, como aleaciones de magnesio, cuya densidad es un tercio menor que la del aluminio, y en algunas áreas se utilizan aleaciones de titanio de mayor resistencia, como en las articulaciones de la rodilla y el tobillo, que a menudo deben soportar impactos.

Lo interesante es que estos esqueletos rígidos absorben los impactos para los robots, pero los proveedores parecen solo ganar una “tarifa por esfuerzo”.

Exdirector de compras de una empresa de robótica

El precio final de la estructura, tras deducir el contenido de metal y los desechos descartados, la proporción es realmente muy baja. La estructura finalmente se vende por el costo del metal más los gastos de procesamiento; la mayor parte del costo sigue siendo el metal interior, y no se puede reducir el precio. Los gastos de procesamiento aún se encuentran en un rango razonable; si se produce en grandes volúmenes, los gastos de procesamiento tenderán a ser muy bajos, ya que no presenta grandes barreras de entrada.

Además de estos componentes principales, las piezas externas del robot se pueden dividir en dos categorías:

Un tipo son piezas de protección y decoración, principalmente utilizadas en el pecho, la espalda y la cabeza, con materiales que van desde plástico, TPU simulado cuero hasta tejidos, muy variados, principalmente para reducir el desgaste y mejorar la sensación táctil. Aunque algunos robots parecen tener un chasis metálico, en realidad tienen una carcasa de plástico con una capa de pintura metálica.

Otra categoría son las pieles biomiméticas para robots, que no solo deben tener una textura similar a la humana, sino que también deben tener sensores táctiles incrustados debajo de la superficie.

Más allá del esqueleto y la piel, lo que realmente permite que los robots realicen diversos movimientos de alta dificultad son las articulaciones, que constituyen la parte más costosa, técnicamente más intensiva y con más historias de todo el hardware del robot.

02 Desglosando el ejecutor: las articulaciones son la parte más cara y más difícil

Seguramente hayas visto muchos videos de robots bailando o haciendo volteretas; esto se logra primero capturando los movimientos de personas reales, luego entrenando un modelo y mapeándolos a los movimientos corporales.

Hace unos años, cuando vimos al Atlas de Boston Dynamics hacer una voltereta mortal, aún nos sorprendía mucho, pero ahora probablemente todos lo consideramos algo normal; la razón detrás de esto es que las articulaciones de los robots han pasado de sistemas hidráulicos a motores.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Antes no podíamos fabricar articulaciones tan avanzadas; las articulaciones de esa época tenían un rendimiento muy deficiente, y era difícil realizar volteretas. En los últimos uno o dos años, la tecnología de las articulaciones ha avanzado enormemente.

Las articulaciones se conocen en la industria como actuadores y se dividen principalmente en actuadores rotativos y lineales; comenzaremos con el ejemplo del hombro para ver cómo impulsan el movimiento corporal.

El hombro tiene tres grados de libertad: balanceo adelante-atrás, elevación arriba-abajo y rotación interna-externa, conocidos como pitch (俯仰), roll (滚转) e yaw (偏航). En esencia, estos movimientos son rotaciones, por lo que mediante la combinación de tres actuadores de rotación, el brazo puede moverse libremente en las direcciones X, Y y Z.

Al llegar a la rodilla, generalmente solo se necesita un grado de libertad, por lo que basta con un actuador rotativo o un actuador lineal. El actuador lineal, como los músculos del cuerpo humano, genera el movimiento de los huesos superiores e inferiores mediante estiramiento.

Realizar un movimiento extremo requiere la coordinación precisa de decenas de actuadores en todo el cuerpo; si alguno reacciona con retraso o la fuerza se desvía ligeramente, el resultado es una caída.

¿Qué estructura tienen estos actuadores? Tanto los actuadores rotativos como los lineales cuentan con un sistema de servo compuesto por un motor, un codificador, un controlador y un sensor. La principal diferencia entre ambos radica en que el actuador rotativo es un motor de servo con reductor, mientras que el actuador lineal es un motor de servo con husillo.

Empecemos por el reductor.

Quizás hayas escuchado sobre este dispositivo: la primera rueda gira 10 veces, la segunda solo 1 vez, la tercera solo 0.1 veces, y así sucesivamente con un total de 100 engranajes; para que la última rueda dé una vuelta completa, la primera debe girar un googol de veces, es decir, un 1 seguido de 100 ceros, lo que requiere más energía que la suma total de toda la energía del universo.

Este es un reductor grande, esencialmente una palanca enorme que sacrifica velocidad a cambio de fuerza. ¿Por qué los jointes del robot necesitan reductores?

Debido a que los motores son inherentemente “de alta velocidad y bajo par”: pueden alcanzar fácilmente miles de revoluciones por minuto, pero generan un par de salida relativamente pequeño. Los joint de los robots requieren control preciso; es difícil hacer que un motor gire solo unos pocos grados mientras levanta objetos muy pesados. Por eso, se necesita un reductor para disminuir la velocidad y aumentar el par. Cuanto mayor sea la relación de reducción (es decir, la relación de engranajes), mayor será la reducción de velocidad y mayor será el par de salida.

Los tres reductores más comúnmente utilizados en la industria son: el reductor planetario, el reductor armónico y el reductor RV. Usaremos un modelo para explicárselo.

Primero está el reductor planetario, cuyo nombre es muy descriptivo: el motor se conecta al engranaje central, que impulsa tres engranajes planetarios, y estos a su vez hacen girar el engranaje externo grande, similar a cómo los planetas orbitan alrededor del sol. Tiene una estructura compacta y bajo costo, pero ofrece una reducción limitada; bajo la misma velocidad del motor, genera un par de salida más bajo, por lo que se utiliza comúnmente en las articulaciones de la mano.

Cuando se necesita una mayor fuerza de salida, se utiliza un reductor armónico. En su centro se encuentra el generador de onda, que deforma la rueda flexible en forma elíptica. Generalmente, la rueda flexible difiere en solo dos dientes de la rueda rígida fija en el exterior. La rueda flexible solo se engrana con la rueda rígida en dos regiones simétricas. Por lo tanto, cuando el generador de onda en el centro gira una vuelta completa, la rueda flexible gira solo dos dientes, lo que permite lograr una relación de reducción muy alta.

El reductor armónico ofrece un alto par de salida y alta precisión, y se utiliza comúnmente en los codos y hombros de los robots para lograr un control preciso del brazo.

Como se mencionó anteriormente, durante una voltereta hacia atrás, el robot experimenta fuerzas equivalentes a un impacto de automóvil, lo que representa un gran desafío para los reductores en ciertas áreas. Sin embargo, la estructura flexible del reductor armónico también implica una menor resistencia al impacto, por lo que en estos casos se debe utilizar un reductor RV.

El reductor RV consta de un engranaje planetario de primera etapa y un engranaje de leva cíclica y agujas de segunda etapa. Después de la reducción de velocidad en la primera etapa, una leva excéntrica impulsa el disco cíclico a realizar un movimiento excéntrico; el disco cíclico engrana con las agujas en la carcasa, haciendo girar la carcasa.

Esto no solo proporciona una gran relación de reducción, sino que, debido a que el disco cicloidial tiene múltiples dientes en contacto simultáneo, ofrece una mayor rigidez y mayor resistencia al impacto, lo que lo hace comúnmente utilizado en articulaciones de robots, como las caderas, las rodillas y la cintura, donde se requiere resistencia al impacto.

El reductor es una pieza muy precisa, difícil de fabricar y difícil de mantener estable frente al desgaste prolongado; es la parte más difícil de toda la articulación.

Wang Chuang

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Cuando se fabrican y utilizan en grandes cantidades, los engranajes requieren una alta precisión y estabilidad a largo plazo. Por ejemplo, si después de 1000 horas de funcionamiento presentan diversos ruidos anormales o una disminución en el rendimiento, puede ser difícil para el algoritmo de control de movimiento realizar ajustes, lo que se manifiesta en el robot como una marcha menos fluida que antes, e incluso una tendencia gradual a desviarse.

Los robots pueden realizar muchos movimientos extremos y caerse ellos mismos; estos impactos pueden dañar fácilmente los pequeños engranajes internos. ¿Cómo podemos crear engranajes que tengan un excelente rendimiento, bajo costo, durabilidad a largo plazo y que además resistan los impactos tras una caída sin dañarse fácilmente? Este es un triángulo imposible muy desafiante.

En otras palabras, no es difícil fabricar un reductor; lo difícil es fabricar diez mil reductores con rendimiento consistente y duradero.

A continuación, veamos el actuador lineal y su componente principal: el husillo.

Los actuadores lineales son los más similares a los músculos humanos; cuando movemos el brazo de esta manera, no es la articulación la que gira activamente, sino los músculos que conectan los dos huesos los que se contraen. Por lo tanto, los actuadores lineales solo realizan un tipo de movimiento: empujar y tirar.

Algunos robots utilizan actuadores lineales en las rodillas para imitar el movimiento de los músculos humanos mediante empuje y tracción. Cuando se combinan varios actuadores lineales mediante una estructura específica, también se puede lograr la rotación de la articulación. Este tipo de movimiento se aplica en áreas como la muñeca y el tobillo.

Para fabricar un actuador lineal, la opción más sencilla es un sistema hidráulico; la versión anterior de Atlas de Boston Dynamics utilizaba principalmente cilindros hidráulicos lineales, con ventajas como alta potencia de arranque, resistencia a impactos y alta densidad de potencia. ¿Por qué se refiere a la versión anterior? Porque la versión nueva también ha pasado a utilizar motores eléctricos, principalmente porque los sistemas hidráulicos son complejos, tienen riesgo de fugas de aceite y ofrecen menor precisión de control que los motores.

Pero el motor solo puede girar; para generar movimiento lineal, se necesita un “convertidor”, es decir, un husillo.

El eje de husillo tiene una rosca y, al girar, hace que la tuerca se mueva en línea recta, un proceso similar a atornillar un tornillo. Para reducir la fricción, se introducen bolas dentro del husillo, lo que se conoce como husillo de bolas. Algunos reemplazan las bolas con rodillos, lo que proporciona una vida útil más larga, mayor capacidad de carga y mejor rigidez; esto se denomina husillo de rodillos planetarios. Además, algunos utilizan husillos de tipo T.

Wang Chuang

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Actualmente, el husillo de rodillos es el que se utiliza más, y requiere una precisión de fabricación extremadamente alta; además, en un recorrido muy largo, debes mantener una consistencia excelente, ya que cualquier irregularidad en el medio representa un gran desafío para los algoritmos de control entre diferentes máquinas.

Algunos actuadores lineales también se complementan con reductores para generar un par más alto del motor. Sin embargo, actualmente, la aplicación de actuadores lineales en la industria es limitada, principalmente por tres razones: rendimiento dinámico deficiente, dificultad de fabricación y alto costo.

Wang Chuang

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Actualmente, el componente más producido en masa en toda la industria es la articulación rotativa. Los actuadores lineales también tienen cierta aplicación en la industria; su característica es que pueden soportar cargas más grandes y, en algunos estados, mantienen una postura estable incluso sin suministro eléctrico, ya que pueden autobloquearse. Sin embargo, creemos que su desventaja es que su rendimiento dinámico puede ser ligeramente inferior, debido a su gran carga y alta relación de reducción, lo que resulta en movimientos menos ágiles. Otra dificultad importante es que es difícil fabricarlos en grandes volúmenes y a bajo costo. Por lo tanto, en la actualidad, consideramos que aún no es adecuado para una comercialización a gran escala. Debido a que su uso es limitado, los volúmenes de envío son bajos y han sido validados en pocos escenarios de clientes, sus costos siguen siendo elevados.

After discussing the transmission, let's now talk about the power itself, namely the motor and servo system.

Los motores comúnmente utilizados en los cuerpos de robots son motores de par sin marco; en comparación con los motores tradicionales, carecen de carcasa y rodamientos, conservando únicamente los componentes más esenciales, con el fin de reducir al mínimo el tamaño y permitir su integración directa dentro de las articulaciones.

La mano delicada es especial, ya que utiliza motores de vaso hueco de menor volumen, por lo que su potencia de salida es menor. La dificultad de la mano delicada es incluso mayor que la del cuerpo completo del robot.

Los desafíos principales del motor corporal se centran en tres aspectos: eficiencia energética y disipación de calor, tamaño y estabilidad del rendimiento. Primero, hablemos sobre la eficiencia energética y la disipación de calor.

Los productos electrónicos generan inevitablemente calor; cuando se acumula demasiado y supera el rango de funcionamiento normal, el rendimiento disminuye. Por ello, la eficiencia del motor, es decir, la cantidad real de energía utilizada para realizar trabajo, es especialmente importante. Si se sobrecalienta, el sistema de control solo puede reducir la potencia; por ejemplo, durante una voltereta a media altura, las piernas de repente se debilitan y la persona cae al suelo con un golpe.

Wang Chuang

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Los primeros prototipos que hicimos anteriormente podían realizar solo una vez estos movimientos extremos en menos de 10 minutos. Después de realizar una vez estas curvas de rendimiento, como la velocidad y el par, todo cambiaba, posiblemente debido al calentamiento interno; en ese momento, era necesario enfriar primero la habilidad, esperar a que la temperatura bajara para poder continuar. Otro problema importante es su eficiencia energética: ¿cuánta energía de entrada se convierte en calor? Por ejemplo, si es del 5%, hay una gran diferencia con respecto al 3%. Todos estos factores limitan el rendimiento; incluso si mi capacidad de hardware es muy fuerte, no me atrevo a aumentar aún más el rendimiento.

Entre 3% y 5% puede parecer que no hay mucha diferencia, pero hay que tener en cuenta que el calentamiento del motor no es lineal.

Cuando una articulación realiza un movimiento extremo, la corriente instantánea puede ser de 3 a 5 veces la normal, y la generación de calor puede alcanzar de 9 a 25 veces la del estado nominal. Esto significa que la velocidad de acumulación de calor supera ampliamente el límite superior de disipación pasiva de la articulación. Realizar una voltereta hacia atrás puede hacer que la temperatura de la articulación salte directamente de un aumento de 10 grados a 50 grados. Por lo tanto, después de realizar el movimiento, el motor necesita enfriarse para que el robot pueda realizar el siguiente gesto.

Para mejorar la eficiencia energética del motor, se debe actuar sobre los materiales del motor, el proceso de enrollado y el diseño estructural; no entraremos en detalles aquí.

Actualmente, la disipación de calor de muchas articulaciones se basa principalmente en pasiva, ya que el chasis utiliza una gran cantidad de metal, lo que puede imaginarse como un radiador enorme; solo las articulaciones con una potencia muy alta incorporan adicionalmente refrigeración por aire o líquido, como las piernas.

Además, agregar medidas adicionales de disipación de calor presenta un segundo desafío: las limitaciones de tamaño.

Los ingenieros están buscando maneras de reducir al mínimo el tamaño de los motores articulados, en parte para reducir el peso y los costos, pero sobre todo porque cuanto mayor es el volumen, mayor es el momento de inercia, lo que hace más difícil cambiar el estado de movimiento.

Por ejemplo, cuando giras una cuerda, cuanto más corta sea la cuerda, más rápido girará; si la cuerda se vuelve más larga, no solo girará más lento, sino que también necesitarás más tiempo para detenerte.

La tercera dificultad es si el rendimiento es estable, es decir, cuántas revoluciones tiene el motor a cierta corriente de entrada y qué par puede generar, lo que en la industria se denomina curva TN. Esto afecta el algoritmo de control del robot.

Por ejemplo, al caminar por un camino irregular, el sensor de fuerza y momento de seis dimensiones en el tobillo detecta las irregularidades; para mantener el equilibrio, es necesario ajustar dinámicamente la corriente para controlar el par del motor. Si la curva TN es inestable, el sistema de control puede emitir aún el mismo comando, pero el par de salida del motor presenta una desviación, lo que resulta en una caída.

Además, la curva TN tiene un gran impacto en el entrenamiento del algoritmo, ya que los algoritmos de robots se entrenan primero en un sistema de simulación; si la curva TN en la simulación difiere demasiado de la realidad, el rendimiento real también se verá desviado.

Wang Chuang

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Ingresaré una curva al sistema de simulación; en la práctica, este motor puede alcanzar e incluso superar esa curva, lo que le permite lograr el rendimiento y los movimientos deseados. Si, por el contrario, funciona bien a bajas velocidades, pero su rendimiento disminuye al aumentar la velocidad, entonces ciertamente no podrá realizar algunos movimientos límite, ya que los movimientos más difíciles requieren una velocidad extremadamente alta y una potencia explosiva muy elevada.

Para controlar con precisión el número de revoluciones del motor, se necesita un sistema de servomotor compuesto principalmente por un codificador, un controlador y sensores.

El codificador se utiliza para medir el ángulo, la velocidad y la posición del rotor del motor, permitiendo que el sistema conozca el estado actual del motor.

Wang Chuang

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El codificador es realmente clave; debido a que los robots tienen reductores, se deben utilizar dos codificadores para conocer la posición tanto del extremo de entrada como del extremo de salida, lo que permite un control más preciso.

El controlador ajustará el voltaje y la corriente suministrados al motor según la retroalimentación del codificador y las instrucciones de control provenientes del “cerebelo”.

Hay varios tipos de sensores, como sensores de par para medir el par de salida, sensores de temperatura para medir la temperatura del motor y prevenir el sobrecalentamiento, entre otros.

Estos son los componentes clave del actuador; a continuación, hablemos del actuador en su conjunto, ¿por qué es clave para reducir costos? ¿Cuál es la diferencia entre desarrollarlo internamente y adquirirlo?

Según el cálculo del Banco de América, los actuadores son los componentes más costosos en los robots, representando aproximadamente el 51%.

Exdirector de compras de una empresa de robótica

Tanto la mano como el motor, el motor y el controlador, es decir, tus músculos (actuadores), son más caros que tus huesos, que tus ojos (sensores), tu cerebro (chip) e incluso tu corazón (batería).

Por lo tanto, el ejecutor es clave para la reducción de costos en la producción masiva en el futuro, y el factor más importante es que la cadena de suministro china es extremadamente competitiva: antes, muchas piezas que requerían procesamiento de alta precisión en fábricas de otros países, ahora pueden encontrarse sustitutos dentro del país.

Por ejemplo, Longyuan Electric Drive para motores, Green Harmonic para reductores, Shuanghuan Transmission, Zhongdalide, entre otros, e incluso empresas que proporcionan directamente actuadores completos, como Sanhua Intelligent Control y Tuopu.

Si en el mercado se pueden comprar ejecutores listos, ¿por qué las empresas de robots se molestan en desarrollarlos por sí mismas? Comparemos estos dos modelos.

Si se adquieren productos terminados, se pueden reducir los costos de investigación y desarrollo y mejorar la eficiencia de desarrollo, pero los costos de materiales serán más altos, será difícil personalizarlos según sus necesidades y el rendimiento también será inferior.

Wang Chuang

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La mayoría de las empresas (fabricantes) no te diseñarán cosas a medida; te venden componentes estándar, cuyo costo es relativamente más alto. Si una empresa tiene un equipo interno pequeño y poca experiencia acumulada en articulaciones, es mejor comprar productos de otros, lo que permitirá desarrollar el producto de forma más rápida.

Si se desarrolla internamente, se puede adaptar mejor a las necesidades y algoritmos, con un rendimiento superior, pero se requiere un gran esfuerzo de desarrollo.

La elección de qué ruta seguir depende más del tamaño de la empresa y los costos; según nuestra encuesta, las principales empresas de robots aún tienden a desarrollar sus propias soluciones, e incluso participan en el diseño en los sitios de los proveedores.

Por lo tanto, las articulaciones del robot no solo consisten en ensamblar piezas, sino en lograr un equilibrio entre fuerza, precisión, durabilidad, costo y peso dentro de un volumen extremadamente pequeño, lo que las convierte en la parte más difícil de todo el cuerpo, debido a que se trata de una industria emergente cuya cadena de suministro aún no está madura y todos están en fase de exploración.

Wang Chuang

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(En la fase inicial) muchos de los equipos de la línea de producción no existían en la industria, por lo que nosotros mismos tuvimos que diseñar (producir) los equipos.

Tener articulaciones fuertes no es suficiente; ¿cómo sabe el robot cómo mantener el equilibrio? ¿Cómo percibe el mundo? A continuación, hablaremos de los sensores.

Los robots actuales son muy difíciles de derribar, incluso con la intervención humana. Para lograr este equilibrio, se requieren sensores en todo el cuerpo.

Por un lado, está el sistema de servo motor mencionado anteriormente, que mediante codificadores y sensores de par en las articulaciones, percibe en tiempo real la posición actual y la fuerza de cada articulación, y ajusta la salida a una frecuencia de miles de veces por segundo.

Por otro lado, solo tener "la sensación de las extremidades" no es suficiente; al igual que los humanos necesitan el sistema vestibular del oído interno para percibir la inclinación y la rotación del cuerpo, en los robots esta parte es la unidad de medición inercial (IMU).

IMU es muy común; por ejemplo, cuando giras tu teléfono y la pantalla gira junto con él, eso se debe al IMU.

IMU es una combinación de varios sensores, y los dos más fundamentales son: un acelerómetro, que mide la aceleración en los tres ejes X, Y y Z, y un giroscopio, que mide la velocidad angular en los tres ejes de inclinación, guiñada y rodillo. Además, el IMU incluye un magnetómetro, que actúa como una brújula electrónica para la calibración.

Al fusionar estos datos, el IMU puede percibir en tiempo real el estado de movimiento del robot; cuando le damos una patada, el cuerpo adquiere instantáneamente una aceleración y se inclina hacia adelante, atrás, izquierda o derecha. Una vez que el IMU detecta este cambio, envía los datos al “cerebelo”, que calcula cuánto torque debe aumentarse o disminuirse en cada articulación para recuperar el equilibrio del cuerpo. Este componente se utiliza ampliamente en teléfonos móviles, automóviles y otros dispositivos, por lo que su tecnología y aplicaciones son relativamente maduras.

La prevención de caídas depende del IMU, pero para las actividades cotidianas, lo más importante es la prevención de colisiones, y el sistema de evitación de obstáculos depende principalmente del sistema visual.

Los "ojos" del robot son muy similares al sistema de conducción autónoma de un automóvil, pero no son exactamente iguales. La solución común es la fusión de múltiples sensores: cámara + lidar + radar de milímetros de onda. La excepción es el Tesla Optimus; como se sabe, Musk es un firme defensor de la visión pura y utiliza únicamente cámaras.

En cuanto al uso de sensores, los robots son casi tan similares a los automóviles, y muchos proveedores también provienen de la cadena de suministro automotriz. Sin embargo, aunque se trate del mismo tipo de sensor, las especificaciones reales son muy diferentes; tomemos como ejemplo el LiDAR más caro.

En primer lugar, los requisitos de rango son diferentes. Los automóviles deben circular por autopistas, por lo que el LiDAR necesita detectar obstáculos a 150-200 metros de distancia. Los robots operan principalmente en interiores, donde 10 a 20 metros son suficientes. Un rango más corto implica que el LiDAR puede tener menor potencia, tamaño y costo.

En segundo lugar, la densidad de la nube de puntos y el método de escaneo son diferentes. Los automóviles identifican vehículos, personas y obstáculos, que son objetos grandes, por lo que se puede utilizar una menor densidad de nube de puntos; sin embargo, los robots necesitan recoger destornilladores sobre una mesa o monedas del suelo, que son objetos pequeños, por lo que requieren una nube de puntos de mayor densidad.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Nosotros deseamos que la nube de puntos sea muy densa; actualmente utilizamos un escaneo no repetitivo, lo que significa que si te quedas en el mismo lugar un momento, la nube de puntos se vuelve más densa. Esto es muy bueno para nosotros, ya que nuestros robots muchas veces no realizan operaciones muy intensas, sino que actúan como las personas, que hacen muchas cosas lentamente. Los automóviles, en cambio, requieren un alto nivel de estabilidad, tiempo real y repetibilidad.

En tercer lugar, difieren la ubicación de instalación y el volumen. El automóvil puede instalar el LiDAR en el techo o en el parachoques, y un volumen más grande no es un problema, pero como el robot tiene un cuerpo más pequeño, debe utilizar módulos más pequeños.

Cuarta, los requisitos de confiabilidad son diferentes. Por ejemplo, los automóviles operan al aire libre durante todo el año y requieren un rango de temperatura de trabajo más amplio; mientras que los robots experimentan fuerzas de impacto mayores y requieren una mayor resistencia a las vibraciones.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Anteriormente, para aplicaciones automotrices, el requisito mínimo para el LiDAR era de -40 a 85 grados, pero en robots, al menos en la actualidad, esto es completamente innecesario. Por lo tanto, muchos diseños en los automóviles específicamente para la confiabilidad son redundantes desde la perspectiva de los robots. Cuando ocurre un accidente automovilístico, la aceleración puede alcanzar el nivel de la aceleración que un robot experimenta al realizar una voltereta normal; por lo tanto, exigimos una estabilidad extremadamente alta bajo condiciones de vibración.

Aunque el LiDAR de los automóviles ya es muy maduro, el LiDAR de los robots aún se encuentra en una etapa temprana de la industria.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Deseamos que el volumen sea más pequeño, la nube de puntos más densa, la distancia de visión más corta pero con un FOV (ángulo de visión) más amplio; estas necesidades aún no se han satisfecho.

En la cámara, según reveló el exresponsable de hardware de inteligencia artificial de Tesla, eligieron cámaras automotrices, pero la ruta de desarrollo interno también cambió repetidamente.

Liu Xiangke (Kerry)

Exdirector de hardware de inteligencia artificial de Tesla

La solución actual se basa en las cámaras del vehículo, con una resolución de 5 megapíxeles. La primera versión inicial utilizaba múltiples cámaras, cada una con diferentes resoluciones, reduciendo la tasa de fotogramas y aumentando la resolución. ¿Por qué se hizo esto? Porque Elon planteó un requisito: que el robot pudiera realizar una tarea de coser con aguja y hilo. Al calcularlo, determinamos que para lograr esta tarea era necesario tener más de 15 megapíxeles para poder ver claramente el detalle.

También porque el equipo de software indicó que si se cambiara incluso el píxel o la cámara, los requisitos, el tiempo y el esfuerzo para volver a entrenar el modelo serían mucho mayores. ¿Qué hacer si no es posible? Se consideró agregar enfoque automático a la cámara. Pero luego pareció que tampoco era absolutamente necesario, así que sigue cambiando.

A continuación, hablaremos del tacto; para lograr el tacto, existen principalmente cuatro vías:

El más común es el piezorresistivo, que convierte la presión en resistencia para modificar la señal de corriente, como se utiliza en básculas electrónicas.

El segundo tipo es capacitivo, con un medio elástico que separa dos capas superior e inferior; cuando se aplica presión, la distancia entre los electrodos disminuye y el valor de la capacitancia cambia.

El tercer tipo es piezoeléctrico: cuando el material está sometido a fuerza, genera directamente voltaje, como el pequeño dispositivo de descarga dentro de un encendedor.

El cuarto tipo es óptico, con una superficie de material elástico que se deforma bajo presión y es capturado por una cámara; es actualmente la forma más popular.

El tacto debe ser tridimensional, no solo percibiendo presión, sino también la fricción en una superficie. Por ejemplo, cuando tomamos una lata de refresco, la mano aprieta la botella y la levanta; si los dedos perciben fricción que hace que la botella resbale, aumentan la presión para evitar que se caiga.

But this also poses significant challenges for materials and algorithms.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

En primer lugar, a nivel del propio sensor, ya que en esencia son materiales, es difícil desacoplar bien cualquier material en los tres ejes (XYZ), por lo que la precisión se vuelve mucho más difícil que en la fuerza unidimensional; ¿cómo se puede lograr su precisión? En segundo lugar, ¿cómo integrar estos datos tan complejos de tacto tridimensional con los modelos de operación? Esto también es muy difícil, ya que actualmente la cantidad total de datos es muy limitada.

Bajo estos desafíos, los robots de producción en masa del sector anteriormente casi no incorporaban tacto.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

En los productos que se producirán en masa durante todo el 2025, el tacto se utiliza muy poco, casi nada; no solo nosotros, sino toda la industria lo utiliza muy poco, porque esto es inestable.

Se debe considerar cómo mantener su forma sin deformarse durante el uso prolongado, ya que incluso una ligera deformación podría hacer que la señal de salida sea completamente diferente. Además, no debe ocurrir deriva de rendimiento; la forma y la posición no deben sufrir daños, pero al mismo tiempo, el material debe ser ligeramente suave y muy resistente al desgaste, lo cual es inherentemente contradictorio.

Pero este año, las cosas parecen haber cambiado un poco. Nuestro invitado a la entrevista indicó que para 2026 se vislumbra la posibilidad de producción a gran escala, y lo siguiente será cómo integrar mejor los sistemas táctiles en la recopilación y el entrenamiento de datos. En general, la industria táctil aún está en sus etapas iniciales, y esperamos ver más avances en el futuro.

In addition to the sensors mentioned above, the robot also requires temperature, humidity, six-dimensional torque sensors, UWB, and others, all of which are relatively mature, so we won’t elaborate further.

Los sensores permiten que los robots perciban el mundo, y las articulaciones les otorgan la capacidad de moverse, pero para combinar ambos elementos se necesita un "centro de control"; a continuación, hablaremos de este centro: la arquitectura eléctrica.

En artículos anteriores sobre algoritmos de robots, mencionamos que la industria ha desarrollado una arquitectura de doble sistema denominada “System 1 + System 2”, donde System 1 se encarga de controlar las extremidades y System 2 realiza pensamientos complejos; en los chips, también se utiliza una combinación de “cerebelo + cerebro”.

¿Por qué no usar un solo chip para hacerlo todo? Porque las necesidades son completamente opuestas.

El chip cerebral necesita pensar "cómo hacer las cosas", lo que requiere alta potencia de cálculo y gran memoria, idealmente capaz de ejecutar modelos grandes en el borde, con una latencia de unos pocos segundos sin impacto significativo.

Actualmente, la gran mayoría de los cerebros de robots utilizan el chip Orin de NVIDIA. En 2025, NVIDIA lanzó el chip Thor, con un rendimiento aún mayor y diseñado específicamente para robots y AI físico, que se espera que se convierta en el estándar del futuro.

A excepción de Tesla Optimus, que utiliza chips propios, y además dos chips.

Liu Xiangke (Kerry)

Exdirector de hardware de inteligencia artificial de Tesla

Los robots, al no ser autónomos, no tienen este tipo de consideraciones de seguridad. Elon mismo pensó: “Ya no necesitamos esta redundancia de seguridad, un solo chip es suficiente”. Después de crear un sistema de un solo chip, luego se dio cuenta de que estaba equivocado: el modelo del mundo para los robots requiere una potencia de cómputo mucho mayor que la de la conducción autónoma. Si dos chips son apenas suficientes para la conducción autónoma, ¿cómo podría uno solo bastar para un robot? Él mismo se corrigió y dijo: “No, no, volvamos a dos chips”.

Además, en el CES de principios de este año, Qualcomm también lanzó el chip Dragonwing IQ10 para cerebros de robots y anunció su colaboración con Figure.

Sin embargo, para que el chip cerebeloso " controle el cuerpo ", no se requiere una potencia de cálculo especialmente alta, pero la temporalidad, la estabilidad y la velocidad de respuesta deben ser altas; un retraso de unos pocos milisegundos podría provocar una caída.

Por ejemplo, cuando el robot realiza volteretas o baila, generalmente utiliza movimientos pregrabados, pero notaremos que sus pies aún realizan pequeños pasos ajustados; esto es el cerebelo regulando dinámicamente el equilibrio, como una “respuesta instintiva” humana.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

El cerebelo requiere una velocidad muy rápida, por lo que la frecuencia dentro del cerebelo podría ser de 1 kHz.

Actualmente, los chips cerebelosos suelen ser MCU, y las opciones principales son la serie STM32 de STMicroelectronics, la serie i.MX RT de NXP y la serie RZ de Renesas.

Ahora también hemos visto una nueva tendencia: la industria está tratando de integrar los chips cerebrales y cerebelares. Tesla es uno de los líderes en este aspecto, y desde el principio siguió esta ruta.

Liu Xiangke (Kerry)

Exdirector de hardware de inteligencia artificial de Tesla

Inicialmente asumimos que se utilizaba el chip de desarrollo propio de la Hardware 4. Al concentrar el cerebro y el cerebelo de Tesla en el mismo chip, ¿cómo se puede controlar todo el cuerpo mediante un solo chip con qué arquitectura de comunicación? También dedicamos cierto tiempo a estudiar esta solución: un SOC que contiene tanto ASICs para cálculo como un CPU multicore, donde este CPU multicore puede utilizarse para procesar funciones del cerebelo, y este CPU de alta frecuencia también tiene una latencia muy baja.

Además de Tesla, otras empresas también están investigando soluciones integradas.

Por ejemplo, Lingjing Zhiyuan lanzó la arquitectura Dvořák en marzo de este año, integrando en un solo chip las tres funciones de “cerebro-cerebelo-corteza”. ¿Qué beneficios trae unificarlas en un solo chip?

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

En primer lugar, creo que la mayor ventaja es que, al integrarlo en una sola placa, el volumen total del tórax y la distribución de los cables se vuelven mucho más simples. En segundo lugar, el cerebro y el cerebelo: a medida que avanzamos, la coordinación entre ambos se vuelve cada vez más importante. Por ejemplo, si alguien te lanza un dardo, verlo y predecir su trayectoria probablemente involucra al cerebro, pero extender la mano para atraparlo es función del cerebelo; cuanto más rápida sea la comunicación entre ambos, más favorable será para realizar movimientos de alta dificultad. Si el cerebro y el cerebelo se integran en un solo chip, la comunicación entre ellos será extremadamente rápida, permitiendo que el cerebro controle en tiempo real cómo se mueve el cerebelo y reciba retroalimentación a velocidades muy altas.

Sin embargo, según la perspectiva de la industria, la unificación de los chips cerebrales y cerebelosos aún se encuentra en una etapa muy inicial; las empresas de robots solo pasarán gradualmente a chips propios e integrados, como lo hacen actualmente las empresas de automóviles inteligentes, una vez que la producción de robots sea suficiente y el mercado sea lo suficientemente grande.

Finalmente, se necesita una batería que proporcione energía a todo el cuerpo, como el corazón de un robot. La necesidad principal es lograr una mayor capacidad con una densidad más pequeña; los principales proveedores son CATL, LG y EVE Energy.

También hay arneses distribuidos por todo el cuerpo, como nervios y vasos sanguíneos, utilizados para la comunicación y el suministro de energía entre dispositivos. Los principales proveedores son Luxshare Precision, TE Connectivity, Amphenol, entre otros.

Existen muchos tipos de cadenas de suministro de robots, por lo que no los detallaremos todos aquí; en su lugar, incluimos una imagen panorámica que pueden ampliar y estudiar si les interesa.

Al llegar aquí, seguramente ya has aprendido cómo construir un robot, pero no te apresures: si realmente lo intentas por tu cuenta, descubrirás que hay problemas en todas partes, porque el mayor desafío en la construcción de robots es realmente el equilibrio entre las diversas disciplinas de ingeniería.

Por último, hablemos sobre los desafíos de la ensamblaje y la producción en masa, y las razones detrás del rápido avance de los robots en los últimos dos años.

05 Ensamblaje y producción en masa: Ser funcional no equivale a ser útil

Si viste el maratón de robots de hace poco, notarás que hubo muchos momentos divertidos en el evento.

Algunos se sienten donde quieren, atrayendo aplausos de los robots vecinos; otros se torcen el pie, se emborrachan, se les cae el brazo, salen volando hacia las zonas verdes o se desmoronan por completo tras tropezar con una banda reductora de velocidad.

Also, there were outstanding performances, such as the Glory robot, which swept the top six positions and broke the human half-marathon record.

Pero esto también ha generado cierta discusión: si incluso los fabricantes de teléfonos móviles pueden desempeñarse tan bien con robots, ¿significa eso que esta industria no tiene barreras de entrada?

La respuesta de los expertos es: Sí, y No. Empecemos con la parte del Sí.

Los componentes, proveedores y las industrias del teléfono móvil y automotriz mencionados anteriormente tienen una alta superposición; aún más arriba, algunos algoritmos pueden reutilizarse en la conducción autónoma, lo que explica por qué Honor, Xiaomi, Tesla y XPeng se han lanzado a desarrollar robots.

Exdirector de compras de una empresa de robótica

La superposición de proveedores en la sección de sistemas eléctricos y de potencia supera el 90%. Incluso en la sección de sistemas mecánicos (estructura principal), aunque los moldes sean diferentes, muchos proveedores son similares. El sistema de propulsión eléctrica es el único que podría tener menos relación con los automóviles, ya que los vehículos no requieren componentes que proporcionen tanto par. Sin embargo, piezas como reductores y engranajes son muy comunes en automóviles, al igual que los sensores. Por lo tanto, básicamente más del 80% de los componentes son homogéneos.

Teóricamente, siempre que conozcas a estos proveedores, puedes armar tu propio robot. Pero entre “funcionar” y “ser útil” existe un gran abismo, y eso es lo que representa la parte No.

Por ejemplo, si después del ensamblaje la distribución de peso no es uniforme, el centro de gravedad del robot se desplaza; para mantener el equilibrio al caminar, ciertas articulaciones deben ejercer una fuerza adicional, lo que aumenta el consumo de energía, reduce la duración de la batería e incluso afecta la estabilidad de la marcha.

O tal vez funcione bien durante una hora en el laboratorio, pero al ponerlo en un entorno real durante 100 horas, surgen diversos problemas: por ejemplo, un tornillo se afloja, un cable se desgasta, la grasa de una articulación se seca, o un sensor comienza a derivar; todos estos problemas deben resolverse mediante pruebas y ajustes continuos hasta encontrar el punto de equilibrio.

Exdirector de compras de una empresa de robótica

Cada componente lo desgloso por proveedor; creo que la dificultad de cada proveedor no es alta, pero lo más difícil al final es la integración del sistema.。

Más bien se trata de que le impones restricciones, por ejemplo, debes reducir su peso y ligereza a un cierto nivel, pero al encasillarlo en una forma humana, su torque y precisión deben alcanzar el nivel humano; ese es el verdadero desafío, más que nada una compensación en el camino de ingeniería.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

A menudo, los productos estándar disponibles en el mercado no satisfacen las expectativas y presentan una brecha con respecto a los requisitos reales de nuestras aplicaciones algorítmicas; por lo tanto, estos son componentes clave que debemos fabricar nosotros mismos.

Al crear robots comercializables y producibles en masa, aún se enfrentarán problemas de consistencia.

Debido a que el juego articular, el punto cero del sensor y los parámetros del motor varían en cada unidad, para que el mismo algoritmo pueda aplicarse de manera estable en diferentes lotes de cuerpos, aún se requieren ajustes en cada detalle.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Coloca 10 robots allí y envía los mismos parámetros (instrucciones); la posición a la que extienden sus brazos es diferente.

Si se realiza una operación, quizás con solo unos pocos milímetros de diferencia, se pasa de poder agarrarlo a derribarlo; por lo tanto, lograr una buena calibración de todos los sensores y actuadores de los robots resulta muy difícil. Además, después de la calibración, ¿cómo garantizar que, tras un año de uso, cuando muchos componentes se hayan deteriorado y los sensores presenten distorsiones, el sistema aún mantenga la estabilidad? En ese caso, podría ser necesario implementar una calibración en línea, es decir, que el sistema sea capaz de analizar y corregir sus propios errores por sí mismo. Estas son tareas invisibles, pero si no se realizan, muchos problemas posteriores no podrán resolverse.

Entonces, la verdadera dificultad no es "ensamblar", sino la integración a nivel de sistema.

Regresamos al maratón de robots, y este año no solo ha habido un gran avance en velocidad, sino también una mejora general en la completitud. Al observar la evolución de los movimientos de los robots en los últimos dos años, desde caminar, hasta girar pañuelos, y luego bailar y practicar artes marciales, ¿por qué esta evolución ha sido tan rápida en los últimos dos años? La razón más importante es la madurez de la cadena de suministro.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Hace uno o dos años, la industria de los robots no era tan bien vista como ahora; en ese entonces, la gente no hacía LiDAR para robots, sino que decía: “Esto es para vehículos logísticos, tómalo y úsalo directamente”. En ese momento, había que suplicar a otros, y todos dudaban de los robots.

Como mencionamos anteriormente, muchas etapas de la cadena de valor de los robots se superponen con la automotriz; anteriormente, para los proveedores, existía un conflicto de recursos internos: en condiciones de producción limitada, ¿deberían priorizar suministrar a industrias con comercialización madura? ¿o modificar las líneas de producción para apostar por un mercado de robots aún no maduro?

Exdirector de compras de una empresa de robótica

Anteriormente, creía que el mercado aún no había alcanzado este nivel, y podría estar uno o dos órdenes de magnitud por debajo de productos reales con alto volumen, como teléfonos móviles o automóviles. Por lo tanto, los proveedores también están en una negociación, ya que sus recursos internos también son limitados.

Now, as the robot sector becomes increasingly popular, suppliers are beginning to be willing to create custom molds and products specifically for robots. We believe that as demand grows and commercialization pathways become clearer, the supply chain will continue to grow like a snowball.

¿Cuál será el siguiente paso hacia el próximo hito?

06 El siguiente hito: de un salto mortal a atrapar una hoja caída

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Fui al Circo de Shanghái hace unos días; después de ver un espectáculo, mi sensación fue que aún hay demasiado por mejorar en los robots.

El artista que camina sobre una cuerda a decenas de metros de altura con los ojos vendados, el equilibrista que hace girar simultáneamente docenas de platos con un solo palillo: lo que muestran es algo que la humanidad lleva millones de años desarrollando: una percepción extrema, un equilibrio instintivo y retroalimentación táctil a escala milimétrica.

Aunque los robots ahora pueden hacer volteretas y artes marciales, aún están lejos de ser humanos.

Le pregunté a Wang Chuang qué esperaba del próximo hito para el robot, y su respuesta me sorprendió un poco. No se trataba de un movimiento más complejo o más elaborado, sino de algo muy básico: "atrapar una hoja caída", un acto que refleja el instinto humano de integración sensorial y de control.

Wang Chuang

Socio de Zhiyuan / Vicepresidente Senior / Presidente del Departamento de Negocios Generales

Hay una hoja de árbol; puedo acercarme y, al extender la mano, justo la puedo agarrar.

Solo fue una brisa que pasó, atravesando un bosque, y mientras “ello” caminaba, extendió la mano y “casualmente” atrapó una hoja caída. Cuando llegó este día, los robots se acercaron aún más a nuestra vida.