Der "allgemeine kritische Punkt" von Humanoiden Robotern: Wenn die dexteren Hände einen Billionenmarkt in den Griff bekommen.

Wenn KI von der Cloud in die physische Welt übergeht, wird Embodied AI allmählich der Schlüsselweg zur nächsten Generation der allgemeinen Künstlichen Intelligenz. In diesem Evolutionsprozess erlebt die dexterous Hand als Kernaktuator für komplexe Operationen und natürliche Interaktionen von "Universalrobotern" beispiellose technologische Durchbrüche und kommerzielle Vorstellungskraft.

In der Vergangenheit war die dexterous Hand eher ein Symbol im Labor - hohe Freiheitsgrade, bionische Struktur und enorme Kosten. Heute, mit der Verbesserung der Fähigkeiten der Hardware-Software-Kooperation, der ständigen Entwicklung der Steueralgorithmen und der beschleunigten Integration von Tastsinn und multimodaler Wahrnehmung, nähert sich die dexterous Hand allmählich dem Wendepunkt von der Forschung zur Anwendung. Einerseits ist sie die neue Anforderungserweiterung der industriellen Automatisierung an die Fähigkeiten der "Formgreifung" und "Mehrfachaufgabenausführung"; andererseits ist sie auch ein entscheidender Schritt für Dienstleistungsroboter, um in Szenarien wie Haushalt, Medizin und Altenpflege "wirklich einsetzbar" zu werden.

Es ist bemerkenswert, dass sich dieses Gebiet schnell zu einem Hotspot des globalen technologischen Wettbewerbs und der Kapitalplatzierung entwickelt. Von der Zusammenarbeit zwischen Shadow Robot und DeepMind, um das Problem des Mehrfachaufgabengriffs zu lösen, bis hin zum chinesischen Start-up Linker Hand, das sich mit seiner ultra-hohen Freiheitsgradstruktur im Bereich der bionischen Hand durchsetzt, eine Reihe von neuen Kräften, die sich auf strukturelle Innovation und die Integration von Wahrnehmung und Steuerung konzentrieren, erweitern ständig unser Verständnis des Begriffs "dexter".

Wir hoffen, dass dieser Bericht für Branchenmitglieder und Investmentgesellschaften, die sich für Embodied AI, Endaktuatoren von Robotern und die Verbesserung der intelligenten Fertigung interessieren, eine tiefgreifende Referenz mit vorausschauender Perspektive und praktischen Anwendungen bietet. Dieser Bericht wird sich um die folgenden drei Dimensionen herumentfalten:

Branchendefinition und technologische Entwicklung

Anwendungsszenarien und kommerzielle Trends

Wettbewerbssituation und Kapitalurteil

 Branchendefinition und -grenzen:

Die dexterous Hand ist die Endrevolution des Embodied AI

Angesichts der Tatsache, dass Embodied AI allmählich der Kernweg für die Umsetzung der neuen Generation der Künstlichen Intelligenz wird, rückt die "dexterous Hand", ein Subsystem, das ursprünglich nur im Forschungsumfeld existierte, immer stärker in den Fokus. Als Endaktuator in der Schleife von Wahrnehmung - Entscheidung - Ausführung von Robotern liegt die Essenz der dexterous Hand nicht nur im "Greifen", sondern darin, die hochgradig freibeweglichen Bewegungen, die flexible Manipulation und die multimodale Rückmeldungskapazität der menschlichen Hand zu imitieren, um die Anpassung an komplexe Umgebungen und feine Operationen zu ermöglichen.

1.1 Die dexterous Hand ist ein wichtiger Bestandteil des Embodied AI

Im Gegensatz zu herkömmlichen industriellen Roboterarmen, die nur die Aufgaben des "Transportierens" und "Verschiebens" übernehmen, betont Embodied AI die Kopplungskapazität von Wahrnehmung - Kognition - Bewegung. In diesem System ist die dexterous Hand sowohl der Endpunkt für die Roboter, die Welt zu "verstehen" (durch Tastsinn/Rückmeldung/kooperative Wahrnehmung), als auch der Schlüsselausgang, um die Welt zu "verändern" (durch die Ausführung komplexer Interaktionsaufgaben). Diese Veränderung macht die dexterous Hand nicht mehr nur zu einer mechanischen Ausführungseinheit, sondern zur Grenzerweiterung für die Umsetzung der Kognitionsfähigkeiten der KI.

Derzeit gibt es hauptsächlich zwei technologische Wege für die dexterous Hand:

Mechanische Hand mit starrer Struktur (z. B. Dreifinger/Fünffinger-Struktur mit starren Gelenken): Hauptsächlich für industrielle Fertigung und Logistiktransport bestimmt, betont strukturelle Stärke, Geschwindigkeit und Steuerbarkeit.

Bionische Hand mit flexibler Struktur (z. B. weiche Antriebe + Sensorfusion): Hauptsächlich für Dienstleistungs-, Haushalts- und medizinische Bereiche bestimmt, betont Menschenähnlichkeit, hohe Freiheitsgrade, Tastsinn und Sicherheit.

1.2 Technologische Entwicklung treibt die Erweiterung der Grenzen an

Die Entwicklung der dexterous Hand geschieht nicht isoliert, sondern dank der kollektiven Reife mehrerer grundlegender Technologien:

Struktur- und Materialingenieurwesen: Von starren Metallarmen zu weichen Polymeren und Kohlefaser-Verbundstrukturen, die der dexterous Hand sowohl Flexibilität als auch Stärke verleihen;

Steuerung und Algorithmusdurchbrüche: Der Aufstieg des Reinforcement Learnings, der multimodalen kooperativen Steuerung und des End-to-End-Neurosteuerungsmodells verleiht der dexterous Hand die Fähigkeit, zu "lernen", zu greifen;

Sensorfusion: Die Integration hochpräziser Kraft-, Tast-, Temperatur- und Positions-Sensoren an den Fingerspitzen macht den Greifprozess "wahrnehmbar" anstatt "blind zu steuern".

Damit beginnt die Branchengrenze der dexterous Hand sich von der frühen "Endeinheit von Robotern" allmählich zu einer komplexen Technologiegruppe zu erweitern, die Materialwissenschaft, Robotik, Künstliche Intelligenz und Neurosteuerung integriert.

1.3 Branchenpositionierung: Von der Komponente zur Plattform mit Fähigkeiten

Die gegenwärtige Wahrnehmung der dexterous Hand auf dem Markt wandelt sich von einer einfachen Hardwarekomponente zu einem "Plattformmodul mit Fähigkeiten". Insbesondere in Bereichen wie universellen humanoiden Robotern, Dienstleistungsrobotern und medizinischen Rehabilitationsgeräten ist die dexterous Hand oft eng mit der Sichtsystem, den Steueralgorithmen und dem gesamten Systems des Roboters verknüpft und wird zu einer "hochwertigen" Einheit in der Wertschöpfungskette.

Zugleich übernimmt die dexterous Hand mit der Evolution der KI-Modelle hin zu multimodaler Kognition und Mehrfachaufgabensteuerung auch die Rolle als Prüfträger für die "universelle Fähigkeit zur Mehrfachaufgabenausführung". In diesem Sinne ist sie nicht nur Hardware, sondern auch ein wichtiger Schwellenwert für die Prüfung, ob "menschenähnliche Intelligenz" tatsächlich umgesetzt werden kann.

 Kerntechnologiestapel:

Die "Dreikörperkooperation" von Struktur, Wahrnehmung und Steuerung

Als eines der komplexesten Hardwarekomponenten im Bereich des Embodied AI hat die dexterous Hand eine viel höhere technologische Schwelle als normale mechanische Aktuatoren. Sie ist nicht einfach eine "Ansammlung mechanischer Strukturen", sondern ein komplexes System, das von hochgradig freibeweglichen strukturellen Entwürfen, flexiblen und tastempfindlichen Sensoren sowie intelligenten Steueralgorithmen angetrieben wird und mehrere Schnittstellenbereiche wie Materialwissenschaft, Robotik, Künstliche Intelligenz und Neurosteuerung umfasst.

2.1 Hochgradig freibewegliche strukturelle Entwürfe: Vom Formimitat zum Mechanismusimitat

Humanoidroboter müssen menschenähnliche Sinnesfähigkeiten besitzen und in der Lage sein, die äußere Umgebung und ihren eigenen Zustand in Echtzeit wahrzunehmen. Dies umfasst hauptsächlich:

Visuelle Wahrnehmung: Die Erkennung der räumlichen Struktur, der Objektkategorie und der Bewegungsbahn durch Stereokameras und 3D-Tiefensensoren ist die Grundlage für Navigation, Greifen und Interaktion.

Hörsystem: Eine Mikrofonanordnung in Kombination mit einem Spracherkennungsmodell wird verwendet, um menschliche Sprache zu verstehen und natürliche Sprachinteraktionen zu ermöglichen.

Tastsinn und Kraftempfindung: Die Anordnung von Mehrpunkt-Drucksensoren und Drehmomentsensoren an den Händen, Fingern und Füßen unterstützt feine Operationen und Bewegungssteuerung.

Eigenwahrnehmung: Trägheitsmessgeräte (IMU), Winkelencoder, Temperatur- und Stromsensoren werden verwendet, um den eigenen Zustand des Roboters in Echtzeit zu überwachen und sind der Schlüssel für die dynamische Stabilität.

2.2 Tastsinn und flexible Sensorik: Die Hand "empfinden lassen"

Der Durchbruch der dexterous Hand liegt nicht nur darin, "wie ein Mensch zu bewegen", sondern vor allem darin, "wie ein Mensch Objekte wahrzunehmen". Diese Fähigkeit hängt hauptsächlich von der Integration von multimodalen Sensoren ab:

Kraft-/Drucksensoren: Die Echtzeitüberwachung der Kontaktflächenverteilung und der Greifkraft;

Tastsensoren: Die Erfassung von mikroskopischen Veränderungen wie Textur und Gleiten durch die Integration von Mikrokondensatoren/Widerständen in flexiblen Materialien;

Positions- und Temperatursensoren: Die Unterstützung bei der Beurteilung der relativen Position der Finger und der Eigenschaften des manipulierten Objekts.

Beispielsweise kann der GelSight-Fingerspitzen-Sensor des MIT Media Lab die dreidimensionale Topographie der Kontaktfläche präzise erfassen und bietet der dexterous Hand einen menschenähnlichen "Tastsinn"; auch die neue Generation der dexterous Hand von Shadow Robot hat mehrkanalige Kraftsensormodule an den Fingerspitzen eingebaut, so dass die KI durch "Rückmeldung" Anpassungen vornehmen kann.

2.3 Steueralgorithmen: Vom voreingestellten Befehl zum End-to-End-Lernen

Der Fortschritt in Struktur und Wahrnehmung bietet die "Infrastruktur" für die Steuerung, und die Entwicklung der dexterous Steuerfähigkeit ist der am meisten KI-getriebene und technologisch anspruchsvollste Teil in diesem Bereich. Die derzeitigen gängigen Steuerstrategien lassen sich in drei Kategorien einteilen:

Traditionelle Bewegungsplanungsmethoden: Die Ausführung von regulären Aufgaben durch die Festlegung von Wegpunkten oder Gelenkwinkeln, aber mit dem Nachteil einer schwachen Generalisierungsfähigkeit;

Basierend auf Imitationslernen: Die dexterous Hand "lernt die menschlichen Handlungsbahnen" und extrahiert hochdimensionale Steuerstrategien (z. B. DexMV, DemoStart);

Reinforcement Learning (RL) + Simulationsübertragung: Das Training eines umfangreichen Strategiemodells in einer Simulationsumgebung und die anschließende Übertragung auf die physische Hand (typische Beispiele sind OpenAI Five Fingers und NVIDIA DexMimic).

Die integrierte Steuerung von Reinforcement Learning und Tastsinn/Visuelle Wahrnehmung ist derzeit ein Forschungsgegenstand. Beispielsweise hat das von DeepMind und Shadow gemeinsam entwickelte DEX-EE-System die "automatische Greifoptimierung" mit multimodalen Daten ermöglicht und kann ohne manuelle Definition der Handlungsdetails hochpräzise Greifvorgänge für mehrere unregelmäßige Objekte ausführen.

Darüber hinaus wandelt sich die Steuerungssystem allmählich von der reinen Aktuatorsteuerung hin zu einer Strategienetzwerk der Gehirn-Hand-Integration und könnte in Zukunft mit großen Sprachmodellen verbunden werden, um eine vollständige Kette von "Absichtserkennung - Pfadplanung - Handlungsausführung" zu bilden.

 Anwendungsszenarien und Entwicklungstrends:

Die Brücke von der industriellen Notwendigkeit zur Dienstleistungsrevolution

Der Wert der dexterous Hand liegt nicht nur in ihrer technologischen Komplexität, sondern auch in ihrer Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungsszenarien. Die ständige Verbesserung in den beiden Dimensionen "einsetzbar" und "gut einsetzbar" lässt sie allmählich aus dem Labor in die reale Branche treten und wird zum Schlüsselpunkt zwischen der industriellen Automatisierung und der Dienstleistungsrobotik.

3.1 Industrielle Anwendungen: Das "letzte Kilometer" der Automatisierung von Formgreifung und Mehrfachaufgaben ausfüllen

Im industriellen Bereich übernimmt die dexterous Hand hauptsächlich Aufgaben wie das Greifen von Formteilen, die feine Montage und die Arbeit in unstrukturierten Umgebungen und löst das Problem des "letzten Kilometers", das herkömmliche Greifer schwer bewältigen können. Typische Szenarien umfassen:

Logistiksortierung: Die dexterous Hand kann automatisch Pakete unterschiedlicher Form, Material und Größe erkennen und schnell sortieren (z. B. die weiche Greiflösung von RightHand Robotics);

Elektronische Fertigung: Die Ersetzung der manuellen Arbeit in der präzisen Montagephase und die sichere und effiziente Verarbeitung von kleinen, zerbrechlichen und hochwertigen Komponenten;

Industriekooperationsarme: Die Zusammenarbeit mit sechs- oder siebenachsigen Kooperationsrobotern zur Ausführung von Mehrfachaufgaben und die Verb