十灃科技CTO丁樺教授：“明日地平線”破局機(jī)器人“卡脖子”難題

從力學(xué)所的實(shí)驗(yàn)室到機(jī)器人研發(fā)的前沿陣地，丁樺教授的研究始終圍繞一個(gè)核心：用自主可控的技術(shù)破解工程難題。Demain Horizon平臺(tái)的發(fā)布，不僅填補(bǔ)了我國人形機(jī)器人全流程仿真工具的空白，更構(gòu)建了一套可復(fù)用的技術(shù)體系。正如丁樺所言：“工業(yè)軟件的突破沒有捷徑，需要從基礎(chǔ)算法到生態(tài)建設(shè)的長期投入。”在這條自主創(chuàng)新之路上，以京灃科技為代表的中國企業(yè)，正以扎實(shí)的技術(shù)積累，為全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)“中國方案”。

8月9日，在2025世界機(jī)器人大會(huì)“具身智能技術(shù)與應(yīng)用論壇”上，北京京灃科技有限公司聯(lián)合北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心發(fā)布Demain Horizon（明日地平線）平臺(tái)。這款整合了設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化與訓(xùn)練功能的一體化平臺(tái)，被視作我國人形機(jī)器人研發(fā)工具的突破，和破解該領(lǐng)域潛在的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)的突破。

作為京灃科技總經(jīng)理、深圳十灃科技CTO，丁樺教授深耕結(jié)構(gòu)力學(xué)與數(shù)值仿真領(lǐng)域數(shù)十年，從中科院力學(xué)所的博士后到工業(yè)軟件“國家隊(duì)”的技術(shù)掌舵人，他的學(xué)術(shù)軌跡與我國自主工業(yè)軟件的發(fā)展脈絡(luò)緊密交織。論壇期間，丁樺教授就平臺(tái)研發(fā)初衷、技術(shù)突破及行業(yè)痛點(diǎn)等問題接受了《中國科技信息》的專訪。

從國家工程到人形機(jī)器人

跨領(lǐng)域創(chuàng)新的底層邏輯

中國科技信息：您早年在中科院力學(xué)所從事博士后研究，長期深耕固體力學(xué)領(lǐng)域，是什么機(jī)緣讓您將研究重心轉(zhuǎn)向人形機(jī)器人方向？

丁樺：這其實(shí)是學(xué)科交叉與產(chǎn)業(yè)需求共同推動(dòng)的結(jié)果。科研要服務(wù)國家需求。1987年我進(jìn)入中科院力學(xué)所做博士后，當(dāng)時(shí)主要研究固體力學(xué)理論與數(shù)值方法，尤其在沖擊動(dòng)力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)分析、動(dòng)力減縮算法等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。2009年，我參與廣州中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院CAE中心工程結(jié)構(gòu)中心的建設(shè)運(yùn)行，開始轉(zhuǎn)向工業(yè)應(yīng)用研發(fā)服務(wù)，在智能制造、裝備性能分析、船舶與海洋工程、島礁建設(shè)等方面為企業(yè)解決了一系列的關(guān)鍵技術(shù)問題，其中包括眾多的中小企業(yè)和國內(nèi)、國際的知名企業(yè)，如東方電氣、龍穴造船、中廣核、歐洲空客、旭化成等。

在海洋工程領(lǐng)域，我們處理過大量復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問題，比如南海島礁建設(shè)中的快速施工工藝、海洋牧場的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這些研究本質(zhì)上都是關(guān)于多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制與載荷分析。而人形機(jī)器人作為典型的多鏈多體系統(tǒng)，其關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)、剛?cè)狁詈系葐栴}，與海洋工程中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析存在共通的底層邏輯。

2021年我加入十灃科技后，我們注意到人形機(jī)器人研發(fā)中存在工具鏈“斷鏈”與物理仿真失真兩大技術(shù)痛點(diǎn)：第一，現(xiàn)有工具分散，設(shè)計(jì)、仿真、訓(xùn)練各環(huán)節(jié)使用零散工具，數(shù)據(jù)無法互通，且核心仿真工具依賴國外平臺(tái)。企業(yè)需在多個(gè)軟件間切換，數(shù)據(jù)無法互通，導(dǎo)致開發(fā)效率低下。我們調(diào)研發(fā)現(xiàn)，企業(yè)將仿真模型遷移到實(shí)體機(jī)器人時(shí)，一般需要大量的參數(shù)調(diào)整，嚴(yán)重影響研發(fā)效率。第二，國外物理引擎存在局限。例如對(duì)機(jī)器人至關(guān)重要的閉環(huán)結(jié)構(gòu)、柔性部件等，主流引擎需等效簡化處理，使得仿真結(jié)果大幅偏離真實(shí)場景。

更關(guān)鍵的是，工業(yè)軟件自主化是剛需。在力學(xué)所工作期間，我們就為在沖擊動(dòng)力學(xué)方面的仿真需求開發(fā)了替代美國LS-Dyna的顯式動(dòng)力學(xué)軟件SimuDyn。目前在機(jī)器人開發(fā)中，也經(jīng)歷類似國防軟件被“卡脖子”的問題，和軟件功能受限等問題。仿真工具鏈高度依賴英偉達(dá)等國外平臺(tái)，若遭國外禁用或部分先進(jìn)模塊的禁用，中國機(jī)器人研發(fā)可能陷入停滯。十灃科技與北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心聯(lián)合成立京灃科技，目標(biāo)就是打造中國人自己的機(jī)器人開發(fā)“工具箱”。

Demain Horizon 平臺(tái)

構(gòu)建全流程自主化工具箱

中國科技信息：您認(rèn)為當(dāng)前人形機(jī)器人研究面臨的主要問題集中在哪些方面？

丁樺：當(dāng)前的主要問題主要體現(xiàn)在三個(gè)層面。首先是核心仿真工具的依賴，目前行業(yè)主流的機(jī)器人訓(xùn)練仿真平臺(tái)多由國外企業(yè)主導(dǎo)，比如英偉達(dá)的相關(guān)工具鏈，存在斷供“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。

其次是技術(shù)鏈條的碎片化。機(jī)器人研發(fā)涉及CAD設(shè)計(jì)、CAE仿真、強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練等多個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)有工具來自不同供應(yīng)商，數(shù)據(jù)格式不兼容，導(dǎo)致“設(shè)計(jì)-仿真-實(shí)機(jī)”流程斷裂，嚴(yán)重影響研發(fā)效率。

最后是基礎(chǔ)理論的轉(zhuǎn)化瓶頸。人形機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的泛化能力、剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的精確建模等問題，需要多物理場耦合、分布式AI等跨學(xué)科技術(shù)支撐。而國內(nèi)在這些基礎(chǔ)理論的工程化應(yīng)用上，還存在明顯短板。

舉個(gè)具體例子，傳統(tǒng)仿真工具對(duì)含閉環(huán)結(jié)構(gòu)的多體系統(tǒng)處理能力不足，往往需要簡化模型，導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)物偏差過大，在遷移到實(shí)體機(jī)器人時(shí)成功率低，需要大量的調(diào)整。而我們?cè)贒emain Horizon平臺(tái)中研發(fā)的多體動(dòng)力學(xué)求解器，能直接高效高精度地處理機(jī)器人中的閉環(huán)結(jié)構(gòu)和剛?cè)狁詈蠁栴}，無需過度簡化，這就是從基礎(chǔ)理論層面突破國外技術(shù)壁壘的體現(xiàn)。

中國科技信息：Demain Horizon平臺(tái)被稱為“中國自主的工具箱”，它核心解決問題能力有哪些？

丁樺：Demain Horizon的核心使命是構(gòu)建"設(shè)計(jì)-仿真-訓(xùn)練-部署"的全流程自主化能力，具體體現(xiàn)在三個(gè)維度。

第一，工具鏈整合，將設(shè)計(jì)軟件、多物理場仿真（結(jié)構(gòu)/流體/控制）、強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練系統(tǒng)集成于統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無縫流轉(zhuǎn)，解決“流程斷鏈”問題。平臺(tái)整合了CAD設(shè)計(jì)、CAE仿真、強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練模塊，支持從3D模型到控制代碼的一鍵生成。基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和操作界面，支持離線設(shè)計(jì)等，打破數(shù)據(jù)壁壘，滿足上下游設(shè)計(jì)、優(yōu)化、評(píng)估的需求。

第二，物理引擎突破。獨(dú)創(chuàng)的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法，可將結(jié)構(gòu)自由度降低3個(gè)數(shù)量級(jí)，求解速度提升，同時(shí)支持剛?cè)狁詈戏抡妗Ｆ脚_(tái)搭載了我們自主研發(fā)的多物理場耦合引擎，能精準(zhǔn)模擬沙地、碎石地、端水行走時(shí)等復(fù)雜環(huán)境下的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。

第三，現(xiàn)代化軟件架構(gòu)。采用總線式熱插拔架構(gòu)，各模塊可獨(dú)立開發(fā)、靈活替換。內(nèi)嵌友好訓(xùn)練開發(fā)環(huán)境，支持Python語言，滿足個(gè)性化研究，可定制優(yōu)化算法。

柔性設(shè)計(jì)：

讓機(jī)器人更接近 "生命體"

中國科技信息：除了平臺(tái)本身，您團(tuán)隊(duì)在對(duì)人形機(jī)器人部件柔性化等技術(shù)上有何設(shè)想，這一技術(shù)如何讓機(jī)器人更像人？

丁樺：我認(rèn)為柔性設(shè)計(jì)是未來機(jī)器人部件高效、高可靠性要求的關(guān)鍵一環(huán)。傳統(tǒng)機(jī)器人采用剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雖然控制簡單，但存在一些不可回避的問題，如關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力大，我們的仿真數(shù)據(jù)顯示，剛性足機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)峰值驅(qū)動(dòng)力可達(dá)柔性足的2倍以上；環(huán)境適應(yīng)性差，在不平地面易打滑等。這些因素將導(dǎo)致較低的能量利用率、結(jié)構(gòu)可靠性、系統(tǒng)穩(wěn)定性等。

柔性設(shè)計(jì)帶來三大進(jìn)化：

一個(gè)是動(dòng)作更擬人，剛性手抓握物體時(shí)，控制誤差易導(dǎo)致物品損傷，如捏碎雞蛋，工藝品等；柔性結(jié)構(gòu)則像“手指貼橡膠”，通過形變緩沖實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)握力操作。這種柔性特性能提升操作安全性，如柔性手指可通過形變分散壓力。

第二是環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。沙漠、碎石等復(fù)雜地形中，柔性足通過自適應(yīng)形變分散壓力，避免剛性足易陷坑、打滑的問題。

第三個(gè)是壽命與能效突破。馬拉松機(jī)器人需中途更換電池，但人類依靠肌腱柔性儲(chǔ)能的特性可高效續(xù)航。柔性關(guān)節(jié)通過降低電機(jī)功率輸出，顯著提升耐久性。以柔性足為例，我們采用彈性結(jié)構(gòu)，仿真對(duì)比顯示，搭載柔性足的機(jī)器人在保持平穩(wěn)步態(tài)的情況下，踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力峰值降低50%以上，電機(jī)壽命延長2倍，續(xù)航時(shí)間提升40%。

從本質(zhì)上說，柔性設(shè)計(jì)不是簡單的材料替換，而是通過仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)——控制——環(huán)境”的動(dòng)態(tài)匹配。就像人類行走時(shí)，腳踝、膝蓋的自然形變會(huì)緩沖地面沖擊，機(jī)器人的柔性關(guān)節(jié)也在做類似的事情——這正是具身智能的核心要義：讓機(jī)器真正適應(yīng)物理世界的復(fù)雜性。

編輯：柯欣

審核：彭濼

終審：柳緒綱

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