機(jī)器之心發(fā)布

RoboScience

在具身智能的發(fā)展路徑中，如何獲得海量且高質(zhì)量的數(shù)據(jù)是行業(yè)繞不開的核心問題。

如果說大語言模型依賴于互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的語料庫，那么具身智能的成長同樣需要規(guī)模化的交互經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)實(shí)中，收集這些數(shù)據(jù)的代價極高：機(jī)械臂等硬件部署成本高，單臺投入就需數(shù)萬元，且難以規(guī)模化；數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)依賴經(jīng)驗(yàn)豐富的數(shù)采員且耗時漫長。而在仿真環(huán)境中，智能體則可以以更低成本、更高效率進(jìn)行無限次試錯，從而快速積累大規(guī)模交互經(jīng)驗(yàn)。

正因如此，過去幾年中，仿真器已經(jīng)成為具身智能發(fā)展的重要支撐工具，也催生出一批優(yōu)秀的開源與商業(yè)化平臺。它們讓機(jī)器人學(xué)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)和智能體研究得以快速推進(jìn)，奠定了行業(yè)的基礎(chǔ)。

但隨著研究不斷深入，行業(yè)對于數(shù)據(jù)提出了更高要求：更高的物理精度，以保證數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)世界的貼合度；更豐富的交互類型，覆蓋剛體、軟體、流體等復(fù)雜場景；更強(qiáng)的擴(kuò)展性與穩(wěn)定性，既支持科研中的微觀動力學(xué)細(xì)節(jié)，也能滿足產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的大規(guī)模仿真需求。

在這樣的背景下，RoboScience 從零到一自研了面向具身智能的高精度通用物理仿真平臺 「RoboMirage」。

核心特性

「RoboMirage」具有以下核心特性：

1. 全物體類型兼容的可擴(kuò)展接觸建模框架

支持剛體、1D/2D/3D 可形變體、多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及各種機(jī)器人末端執(zhí)行器的多樣接觸，具備強(qiáng)耦合仿真能力，兼容未來可微仿真與高精度訓(xùn)練需求，且允許用戶自定義擴(kuò)展功能，為多樣化場景提供靈活適配的底層架構(gòu)。

2. 高精度的多體動力學(xué)仿真能力

高精度、無穿透且時間一致性的接觸力仿真，支持剛體、軟體及復(fù)雜接觸的強(qiáng)耦合動力學(xué)模擬（如復(fù)雜布料與機(jī)器人末端執(zhí)行器的強(qiáng)耦合互動），可捕捉動靜摩擦、細(xì)微力變化等微觀動力學(xué)細(xì)節(jié)，其精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)動力學(xué)模擬器，尤其適配機(jī)器人領(lǐng)域的復(fù)雜仿真需求。

3. 工業(yè)級穩(wěn)定算法保障

依托隱式積分，凸優(yōu)化方法等嚴(yán)格數(shù)學(xué)理論準(zhǔn)確求解介質(zhì)力學(xué)問題，從算法層面確保仿真過程的穩(wěn)定性與時間一致性，捕捉每一個動力學(xué)細(xì)節(jié)，徹底解決穿模問題，可滿足裝配、抓取等工業(yè)級任務(wù)對仿真可靠性的嚴(yán)苛要求，為復(fù)雜場景提供持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行保障。

4. Pythonic 設(shè)計(jì)，簡單易用

框架設(shè)計(jì)注重用戶體驗(yàn)，接口友好，易于上手，方便開發(fā)者快速集成與定制，助力高效仿真開發(fā)。

5. 先進(jìn)的 GPU 驅(qū)動異構(gòu)加速技術(shù)

充分利用 GPU 大規(guī)模并行計(jì)算能力，結(jié)合數(shù)據(jù)導(dǎo)向編程，實(shí)現(xiàn)工業(yè)級精度下的高性能快速仿真，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)有限元分析及現(xiàn)有機(jī)器人仿真平臺。

魔術(shù)場景

為了更直觀地展示「RoboMirage」的強(qiáng)大能力，先來看看幾個經(jīng)典的魔術(shù)場景：

金屬環(huán)懸掛在細(xì)繩上端，松開手指讓它自由下落卻又穩(wěn)穩(wěn)懸停；兩根橡皮筋分別被雙手兩指撐起后交錯，左右摩擦后一拉實(shí)現(xiàn)穿越；將紙牌分成兩疊，手指發(fā)力使其從兩側(cè)依次均勻從中間落下…… 這些看似神奇的瞬間，實(shí)際上蘊(yùn)含著物理世界中最微妙的力與平衡法則。

正是 RoboScience 的仿真物理平臺「RoboMirage」，以高精度仿真技術(shù)復(fù)刻了魔術(shù)世界中這些復(fù)雜精妙的 Magic Moment。依托精準(zhǔn)計(jì)算模型與百微米級控制能力，它將現(xiàn)實(shí)中的細(xì)微互動轉(zhuǎn)化為可計(jì)算的物理過程，重新拓展了仿真技術(shù)的邊界。

首先看經(jīng)典魔術(shù)明日環(huán)（Tomorrow Ring）：「RoboMirage」可模擬金屬環(huán)與柔性繩索間復(fù)雜的接觸纏繞，其中涉及摩擦滑動與剛?cè)狍w耦合，這要求引擎穩(wěn)定處理動態(tài)接觸，避免了穿模或解算失敗。

橡皮筋穿越魔術(shù)的仿真難點(diǎn)則在于兩個彈性體的相互纏繞、拉伸與形變，需精準(zhǔn)模擬其粘滯阻尼、張力變化及自碰撞特性。

而實(shí)現(xiàn)對洗撲克牌仿真的核心挑戰(zhàn)是，模擬多張紙牌以極小時間步交錯插入時的接觸力與摩擦細(xì)節(jié)，關(guān)鍵在于維持接觸連續(xù)性、防止穿透。

至于抽桌布魔術(shù)的仿真則需高精度捕捉布料瞬時滑動，以及布料移除瞬間物體的摩擦慣性與受力響應(yīng)，同時兼顧快速拉拽的非平衡動態(tài)與上方物體的穩(wěn)定性模擬。

需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然「RoboMirage」是 RoboScience 打通 Sim-to-Real 路徑的核心基礎(chǔ)設(shè)施，但它并不構(gòu)成 RoboScience 數(shù)據(jù)生態(tài)的全部。

除了仿真生成的大量訓(xùn)練與驗(yàn)證樣本外，RoboScience 的研發(fā)與驗(yàn)證流程還融合了來自互聯(lián)網(wǎng)語料與知識庫、結(jié)構(gòu)化技術(shù)文檔、說明書（產(chǎn)品手冊、CAD、規(guī)格表等）等以及少量真機(jī)實(shí)驗(yàn)的多模態(tài)傳感數(shù)據(jù)與操作日志（力、位姿、觸覺、視頻等）。這些現(xiàn)實(shí)世界與文本類數(shù)據(jù)為仿真結(jié)果提供驗(yàn)證依據(jù)，幫助微調(diào)感知與策略模型，增加語義約束，并構(gòu)建真實(shí)場景的基線測試。

換言之，RoboScience 既擁有高精度的仿真 “基座”，又具備多源數(shù)據(jù)支撐的研發(fā)與驗(yàn)證體系—— 二者協(xié)同作用，有效縮小 Sim-to-Real Gap，加速算法向現(xiàn)實(shí)環(huán)境的穩(wěn)健遷移與規(guī)模化落地。

家具拼裝

此外，RoboScience 目前還完成了迄今最復(fù)雜、精度最高、步驟最多的具身操作任務(wù) —— 家具拼裝。

模型讀取說明書后即可啟動拼裝：深度理解零件結(jié)構(gòu)邏輯，實(shí)現(xiàn)多部件的檢測、感知、插拔與旋轉(zhuǎn)配合，還能自主分解多步驟任務(wù)，完成多關(guān)節(jié)雙臂協(xié)同運(yùn)動。

依托自適應(yīng)插接路徑規(guī)劃和精細(xì)接觸力調(diào)控策略，系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了高精度、高穩(wěn)定性的拼裝過程，無論是在零部件定位還是微小運(yùn)動控制上均表現(xiàn)出卓越的能力。通過實(shí)時獲取插接產(chǎn)生的反饋力，模型還能動態(tài)調(diào)整操作策略。

即便拼裝過程中遭用戶拆解干擾，模型仍能自動恢復(fù)狀態(tài)，接續(xù)完成后續(xù)拼裝步驟。通過該框架，系統(tǒng)可以用標(biāo)準(zhǔn)化方法分析不同場景下的物理接觸，例如機(jī)器人抓取物體時的力反饋、變形預(yù)測或運(yùn)動規(guī)劃，無需為每種對象或機(jī)器人單獨(dú)開發(fā)算法。

結(jié)語

通過高精度仿真引擎與多源數(shù)據(jù)體系的協(xié)同，RoboScience 不僅在高復(fù)雜度具身操作任務(wù)（如全自動拼裝家具）中實(shí)現(xiàn)了前所未有的穩(wěn)定性與精確度，也為更廣泛的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用建立了堅(jiān)實(shí)技術(shù)基座。

接下來，RoboScience 將持續(xù)突破仿真精度、泛化能力與真實(shí)交互的一體化邊界，讓機(jī)器人能夠在更多元、更開放的場景中自主感知、推理與執(zhí)行任務(wù)。

RoboScience 相信，這一技術(shù)路線將加速具身智能跨越從實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)實(shí)世界的鴻溝，并催生全新的人機(jī)協(xié)作模式 —— 讓智能機(jī)器人真正成為人類生活與產(chǎn)業(yè)中值得信賴的伙伴與助手。