從上太空到掃地雷,看看全球最大掃地機器人 iRobot 從差點倒閉到銷量兩千萬台的轉型

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原文刊登於 愛范兒 ,INSIDE 授權轉載。INSIDE 編按:iRobot 是目前全球最大的家用消費機器人公司與美國上市企業,他們製造的掃地機器人在全球銷量超過 2000 萬台。然而在很長一段時間中,iRobot 的方向都是為美國政府和軍方提供太空探測、軍事救援等特種機器人。在創業的前六年半,iRobot 整個財務狀況都是入不敷出的。

28 年前,在 MIT 攻讀碩士學位的科林·安格爾(Colin Angle)被導師羅德尼·布魯克斯教授叫進了辦公室。

當時,科林·安格爾已經在 MIT 加入了 CSAIL 實驗室,他的畢業設計是一個仿造螞蟻軀體的六腳機器人,叫 Genghis。在那個機器人動輒像卡車一樣笨重的年代,Genghis 不僅小巧,而且靈活自如。

「科林,我在想我們要不要把 Genghis 的研究商用,做一家公司。」

導師話音未落,還沒說出「公司」,安格爾就一口答應:「可以啊,我來。」

這就是 iRobot 的起點——全球最大的家用消費機器人公司,他們製造的掃地機器人在全球銷量超過 2000 萬台。

photo credit: irobot

想讓機器人走出科幻電影,iRobot 進入了各行各業

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回憶起 28 年前的得意之作 Genghis,安格爾立刻從執行長變成了神采飛揚的工程師:「我們從螞蟻等昆蟲身上找到了靈感。螞蟻的大腦非常簡單,但肢體卻非常靈活。這意味著機器人未必需要依賴一個超級電腦的強大的運算能力,也可以賦予強大的行動力,只需要先分拆目標,再設置移動性。」

這種激進的設計與當時主流的「自上而下」的機器人設計模式完全不同,實際上今天掃地機器人的產品設計依然沿用這套方法論。憑藉這個機器人,科林·安格爾贏得了當年 MIT 最佳本科畢業生,這台機器人如今陳列在華盛頓史密斯國家太空科學博物館。

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熟悉電子工程和人工智慧等多個交叉學科,安格爾不希望機器人停留在實驗室階段,成立 iRobot 的目標非常明確,那就是做出實用化的機器人,但當時他並不知道應該從何做起。

「當時不存在機器人行業,也沒有先例可以藉鑑。儘管有很多的科幻小說對機器人的角色有一些描述,但是他們對於機器人在未來所扮演的角色、定位都是錯誤的。」

安格爾自兒時起就是《星球大戰》的粉絲,正是影片中那個毫不起眼的 MSE-6 機器人燃起了他對機器人的熱情。說來有趣,公司成立之後的第一個項目就與探索外太空有關。

1991 年,iRobot 把 Genghis 的設計應用到太空探索車上,這種小型機器人大幅降低了成本,而這種結構設計最終成就了 1997 年踏上火星的「Sojourner Rover」(火星漫遊者)。刻有安格爾名字的火星車如今還陳列在美國太空總署 NASA。

在很長一段時間,iRobot 的方向都是為美國政府和軍方提供太空探測、軍事救援等特種機器人。在 iRobot 總部的歷史長廊,你可以看到各種千奇百怪的機器人,它們上天入地,涉及太空、國安、醫療、清潔和玩具。

2002 年,iRobot 設計的一種機器人鑽進了埃及胡夫金字塔法老室牆壁上一個 20 厘米見方的洞口,機器人在石壁上鑽孔並拍照的過程,被全世界直播觀看。

而在軍事領域,搜救機器人是 iRobot 找到的一個實用化方向。當時美國在阿富汗的駐軍常常需要排查洞穴,但這個工作非常危險。

士兵準備用 Packbot 進行排彈

 

iRobot 為此研發了 Packbot 機器人以替代士兵完成任務,投放在戰場上的 6000 多台 Packbot,大約有 1000 多台在執行任務中被炸毀,這意味著機器人挽救了幾千條生命。

Packbot 短暫地成為 iRobot 的營收來源。它的後續產品曾在 911 事件中進入世貿大廈搜尋倖存者,還參與了阿富汗及伊拉克戰爭的搜救工作,並於 2011 年進入日本福島核電廠檢測核輻射。2014 年的巴西世界盃和 2016 年的里約奧運會也採購了 PackBot 作為保全機器人。

由於戰爭以及政府訂單的不確定性,這塊業務也沒能支撐起 iRobot 的發展。直到 2016 年初,公司把這塊業務出售了出去。「我們做過 20 多種不同的嘗試,有些是因為技術而失敗,有些是市場尚未成熟,有些則是因為我們對機器人的理解有所偏差。」

在創業的前六年半中,iRobot 整個財務狀況都是入不敷出的,但這些項目讓 iRobot 積累了不少技術資本,比如掃地雷機器人的技術,就直接應用到後來推出的掃地機器人的清潔演算法上——不管是掃地雷還是清潔,首先得保證機器人毫無遺漏地覆蓋每一片區域。

iRobot 還短暫地進入過消費者市場,他們與著名玩具廠商 Hasbro 合作,把機器人做成玩具,比如把感測器植入洋娃娃,讓洋娃娃具備喜怒哀樂的表情。「市場證明玩具也不是一項好的生意,但我們卻從中學會瞭如何以幾百美金的價格生產一台機器人。」

造出第一台掃地機器人,是在公司成立 12 年之後

在位於美國麻薩諸塞州 Bedford 的 iRobot 總部,一片區域正在翻修,儘管一片狼藉,但櫥櫃、沙發、浴缸以及擺放各種建築材料,都告訴你這不是辦公區。

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這裡是 iRobot 的實驗室。

在過去近十年的歲月長河裡,iRobot 的機器人在這裡劃過了無數的軌跡。但沒人想到的是,從 1990 公司成立到第一台掃地機器人走出實驗室,走了 12 年的路。

家用掃地機器人的誕生,最早可以追溯到 1996 年,瑞士家電品牌伊萊克斯製造了一台名叫「三葉蟲」的掃地機器人,無論是設計,還是避障的設計思路,​​這都是一台頗具現代感的機器人。只不過在那個年代,掃地機器人還是個非常稀罕的家電,價格非常昂貴,也並沒有很聰明。

90 年代末,iRobot 和清潔公司 Johnson Wax 合作推出了大型清潔機器人,這是 iRobot 第一次把機器人功用性放在清潔目的上。不久之後,公司決定打造家用掃地機器人。在那個年代,感測器數量少質量差,把清潔機器人做小是一件很有挑戰的事。

團隊希望優先保證掃地機器人的覆蓋度和清潔程度,不管花多少時間。為此,他們制定了一套清潔策略:首先對一片比較大面積的區域進行打掃,完成之後再沿著牆面去到另一片區域,以此往復不斷切換。

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而在具體產品形態上,Roomba 採用了邊刷、滾刷、吸塵口的三段式清掃結構,大大提升了清掃能力,這一設計也成為如今掃地機器人的主流設計。

2002 年,第一台 Roomba 掃地機器人走出生產線。

後來,Roomba 研發出了污垢探測技術(Dirt Detect),機器人會通過物體撞擊的聲音以及視覺傳感器探測有沒有遺漏的髒物,如果某塊區域特別臟,機器人會在此處反復清掃。

Roomba 的第二次進化,目標是清掃的「完成率」和「覆蓋率」。

早年的掃地機器人,通常是隨機亂撞的,它會行走大量的重複路線,歸其原因是機器人不了解周邊的環境,也不知道自己所處的位置。

後來 iRobot 在高端系列加入了 vSLAM 技術,讓 Roomba 搭載了一個 35 度傾角的攝影鏡頭,它像一雙眼睛,可以不斷地「看到」家庭牆面的特徵,從而對家居環境進行一個畫像。具備了定位和建圖的能力,機器人就可以進行合理的路徑規劃。

測試是工程師日常一項非常重要的工作,iRobot 搭建了數個空間去測試 Roomba 的實用性。

在一件玻璃封閉的實驗室裡,一名測試人員 將 Roomba 掃地機器人固定在一台鋪著紅色地毯的儀器上,儀器會在地毯上進行噴塵處理,Roomba 隨後沿著固定軌跡進行清掃,通過 5 次重複測試,並對清掃前後的塵盒進行秤重,測試人員就能測算出一台掃地機器人的吸塵能力。

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如果沒人提醒,有些實驗室可能會被誤認為位於公司一隅的員工宿舍——從佈局到裝飾,從家具到生活用品,這些實驗室模擬了美國家庭的日常陳設。

但你還是能看出一些區別,比如牆角用於監控的攝影鏡頭和迥異的家居風格。實驗人員表示他們把會榻榻米和地毯混搭在一起,以此來考驗掃地機器人在複雜材質地面的表現。

工程師也會把 Roomba 帶回家中測試,放在真實居住環境中更有利於發現問題。比如毛髮容易纏繞在掃地機器人毛刷上的這種問題,就是在測試中發現的。工程師因此做了不少改進,比如在高端型號產品裡用上鋸齒胎面設計的雙膠棒主刷。

Roomba 900 系列採用雙膠棒主刷避免毛髮纏繞

「我們計劃把 2000 平方英尺的實驗室擴張到 4000 平米,因為我們推出了針對大戶型的 Roomba 900 系列之後,IEC 標準已經無法適應我們的產品測試了,我們就新建了一個。」iRobot 產品管理總監 Ken Bazydola 說。

Bazydola 口中的「IEC 標準」是國際性電工標準化機構針對掃地機器人的標準化測試,這套標準對掃地機器人的除塵能力、覆蓋率、甚至細化到邊角除塵能力都有明確的要求。

相比高仿家庭環境的空間,IEC 測試的空間更像標準化的實驗室,比如比如考察掃地機器人覆蓋能力的 IEC 測試,就是在一個 6 米平方的房間裡,房間裡沒有家居,只是通過簡單的木樁和電線來模擬家庭的情況。

儘管位於美國東岸,iRobot 這家工程師文化色彩濃厚更像一家矽谷初創企業。在 iRobot 總部的一面玻璃牆上,寫著 5 句口號:Build cool stuff、Deliver Great Products、Make Money、Change the World,但最突出的那句是——Have Fun。

機器人的未來

除了 Roomba 掃地機器人,iRobot 還在美國市場上推出了 Mirra 游泳池清潔機器人和 Looj 屋簷雨水槽清潔機器人。從第一代 Roomba 到現在 900 系旗艦,Roomba 已經走過 16 年的歷程。

「Roomba 仍然只是一個青少年。」安格爾說,iRobot 雖然已經成立 28 年了,但今天依然處在起步階段。很大程度上,這是整個機器人行業的現狀,資料顯示,家用機器人還只是一個一年能賣 30 億美元的小生意。

這背後,有技術的限制。在安格爾的認知裡,機器人與人一樣,應該具備感知、行動和思考三種能力。掃地機器人初步具備了這些能力,比如 Roomba 會通過傳感器感知到障礙物,從而採取繞開的行動,當清掃大面積房間的時候,如果機器人判定電量即將耗盡,它便會通過自身創建的地圖規劃出便捷的路線。

但機器人還做不到更高維度的思考。安格爾舉了一個例子:一句簡單的「請到廚房,拿一瓶冰水」,就足以讓人工智慧的研究者為此付出 20 年的努力。「我們現在還沒有技術可以讓機器人知道廚房在哪裡、冰箱在哪裡、冰箱上的把手在哪裡、甚至怎麼樣把冰箱打開。」

在過去幾年,儘管語音識別和人工智慧得到突飛猛進的發展,但理解一句話並不意味著機器人能夠理解環境。

「iRobot 如今是因為掃地機器人而聞名,但我希望我們是因機器人之智慧而聞名。」安格爾表示,去年公司投入了 1 億美金,繼續探索機器人的應用方向。他相信機器人會變得越來越有能力,成為人們生活的幫手。

在可以看到的未來​​,智慧家居將會是 iRobot 重點研發方向。目前 iRobot 已經和亞馬遜 Alexa 以及 Google 合作,實現對 Roomba 的語音控制。

iRobot 的技術副總裁 Chris Jones 表示,機器人會在智慧家居扮演重要的角色,因為行走意味著它可以了解整個家居環境,從而給其他智慧家居設備提供空間訊息,而這些訊息對整個智慧家居的生態系統很有價值。

Robo Madness 是波士頓地區一年一度的機器人大會,這裡聚集了波士頓灣區最頂尖的機器人和 AI 公司。今年的 Robo Madness 放在了 iRobot 的總部舉辦。

作為東道主出席的執行長安格爾沒有西裝革履,依然一幅神采奕奕的樣子,隔著外套,那件機器人的《星球大戰》文化衫若隱若現。「在科幻電影和小說的描繪中,我們看到的機器人是這樣的。」安格爾指著屏幕左側一台有著鋼鐵身軀的人形機器說道,「但這也是機器人。」屏幕上右側出現的是一台 Roomba。

而在另一張 PPT 中,Roomba 和一些形態千奇百怪的機器人一起出現屏幕左側。「嗯,這些是機器人。」安格爾重複道。

「但這也是機器人!」

一棟豪宅赫然出現在屏幕上。

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