前言
本書(shū)寫(xiě)作目的
大模型驅(qū)動(dòng)的具身智能正以前所未有的速度推動(dòng)社會(huì)變革，并帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。大模型的崛起不僅吸引了全球資本的關(guān)注，也為智能機(jī)器人技術(shù)的未來(lái)注入了無(wú)限可能。具身智能伴隨大模型技術(shù)的進(jìn)步加速發(fā)展，它所帶來(lái)的變革將不亞于工業(yè)革命。然而，這次變革帶來(lái)的影響不限于技術(shù)層面，還深刻觸及社會(huì)的各個(gè)方面。在具身智能的廣闊發(fā)展前景下，人類(lèi)的職業(yè)、生活方式乃至社會(huì)關(guān)系和制度都可能被重新定義。例如，埃隆·馬斯克在一次采訪中被問(wèn)到，在AI和機(jī)器人逐步取代許多工作的趨勢(shì)下，他會(huì)給自己的孩子們什么職業(yè)建議。他的回答是鼓勵(lì)孩子們遵循內(nèi)心，去追求他們真正感興趣和能獲得成就感的事業(yè)，并盡可能對(duì)社會(huì)有用。這看似簡(jiǎn)單的回答，實(shí)則暗含深意，反映出馬斯克對(duì)如何應(yīng)對(duì)這場(chǎng)變革的深層次思考。對(duì)于個(gè)人而言，每一次技術(shù)革命不僅會(huì)帶來(lái)全新的生活方式，也會(huì)伴隨著巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)。無(wú)論是AI技術(shù)的突破，還是大模型驅(qū)動(dòng)的具身智能，都會(huì)帶來(lái)新的市場(chǎng)需求與創(chuàng)業(yè)契機(jī)。擁抱這次技術(shù)變革，積極尋找其中的機(jī)會(huì)，不僅是個(gè)人發(fā)展的方向，也是應(yīng)對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)的有效途徑。在技術(shù)層面，具身智能架構(gòu)的復(fù)雜性尤為突出。機(jī)器人架構(gòu)的設(shè)計(jì)，尤其在任務(wù)規(guī)劃與動(dòng)作控制的實(shí)現(xiàn)方面，涉及多層次的復(fù)雜性，需要對(duì)其進(jìn)行有效的管理與協(xié)調(diào)。在這種背景下，傳統(tǒng)的機(jī)器人架構(gòu)設(shè)計(jì)就已具有較高的難度，而大模型的引入則又提出了新的挑戰(zhàn)。如何將大模型的推理與規(guī)劃能力有效地集成到機(jī)器人中，以實(shí)現(xiàn)智能化的任務(wù)和動(dòng)作決策，是目前亟待解決的問(wèn)題。而系統(tǒng)架構(gòu)的選擇直接決定了系統(tǒng)的運(yùn)行效率、功能實(shí)現(xiàn)及整體性能。本書(shū)正是基于這樣的背景而撰寫(xiě)的。在書(shū)中，我結(jié)合自己在多家企業(yè)中設(shè)計(jì)具身智能方案的豐富經(jīng)驗(yàn)以及深厚的理論基礎(chǔ)，以深入淺出的方式為讀者系統(tǒng)剖析大模型驅(qū)動(dòng)的具身智能的架構(gòu)、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本書(shū)旨在圍繞大模型與具身智能的融合，為讀者提供清晰的指導(dǎo)和全面的解析，使其得以從容應(yīng)對(duì)技術(shù)變革的浪潮，抓住機(jī)遇。
本書(shū)主要內(nèi)容
本書(shū)是一本關(guān)于大模型驅(qū)動(dòng)的具身智能的全面指南，包括11章，深入探討了大模型在具身智能領(lǐng)域的應(yīng)用，以及具身智能的架構(gòu)設(shè)計(jì)、任務(wù)級(jí)與動(dòng)作級(jí)規(guī)劃、記憶機(jī)制、中間件、仿真框架及未來(lái)發(fā)展等內(nèi)容。第1章概述具身智能的基本概念和傳統(tǒng)決策算法，介紹世界模型在具身智能中的作用，并討論多模態(tài)大模型構(gòu)建的世界模擬器及其應(yīng)用。
第2章介紹機(jī)器人控制的基礎(chǔ)知識(shí)，包括機(jī)器人的分類(lèi)與組成、自由度、執(zhí)行器，以及傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)范式和運(yùn)動(dòng)控制層級(jí)，為具身智能的架構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
第3章深入分析大模型在任務(wù)級(jí)和動(dòng)作級(jí)規(guī)劃中的角色，介紹具身大模型的基元級(jí)、伺服級(jí)控制方法以及分級(jí)混合架構(gòu)。
第4章探討具身任務(wù)分解、任務(wù)級(jí)分層與端到端架構(gòu)，結(jié)合微調(diào)與外部記憶，為讀者提供全面的任務(wù)級(jí)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)方法。
第5章討論基于動(dòng)作原語(yǔ)和價(jià)值圖的動(dòng)作級(jí)分層規(guī)劃，分析其在空間位置約束、任務(wù)感知?jiǎng)幼鞯葢?yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與局限性。
第6章介紹端到端動(dòng)作級(jí)規(guī)劃，通過(guò)視覺(jué)語(yǔ)言動(dòng)作模型和多任務(wù)端到端架構(gòu)展示具身大模型在復(fù)雜環(huán)境中的統(tǒng)一規(guī)劃與控制能力。
第7章介紹人類(lèi)記憶和大模型的記憶機(jī)制，包括參數(shù)記憶、上下文與工作記憶、外部記憶，并探討其在具身智能中的實(shí)現(xiàn)方式和作用。
第8章分析多計(jì)劃選擇、反思與提煉、外部規(guī)劃器等技術(shù)，為具身智能的決策優(yōu)化提供解決方案。
第9章重點(diǎn)介紹ROS機(jī)器人中間件框架、MoveIt 2逆向運(yùn)動(dòng)庫(kù)和人形具身逆向運(yùn)動(dòng)庫(kù)，解析中間件在具身智能中的關(guān)鍵作用。
第10章討論仿真框架的組成、仿真環(huán)境構(gòu)建、代理、分層任務(wù)規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)生成器、強(qiáng)化學(xué)習(xí)支持、模仿學(xué)習(xí)和遠(yuǎn)程操作等，為具身智能的虛擬環(huán)境提供基礎(chǔ)。
第11章探討具身智能機(jī)器人的行業(yè)前景，從成熟度曲線和行業(yè)成熟度等角度展望未來(lái)發(fā)展。
本書(shū)讀者對(duì)象
●AI領(lǐng)域的工程師。通過(guò)對(duì)具身智能算法、控制架構(gòu)、微調(diào)和優(yōu)化的深入探討，提高他們?cè)诰呱碇悄芊矫娴募夹g(shù)水平。
●AI研究人員。書(shū)中關(guān)于大模型與具身智能結(jié)合的前沿技術(shù)及分布式優(yōu)化的內(nèi)容，可為他們提供寶貴的研究和應(yīng)用啟示。
●技術(shù)架構(gòu)師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)師。在設(shè)計(jì)大規(guī)模具身智能系統(tǒng)時(shí)，本書(shū)提供的關(guān)于架構(gòu)設(shè)計(jì)、序列化及內(nèi)存管理的詳細(xì)信息可作為參考資源。
●計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的本科生。本書(shū)可幫助他們學(xué)習(xí)具身智能和大模型的基礎(chǔ)理論與實(shí)踐，為未來(lái)學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展提供技術(shù)背景。
●計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的研究生。他們可從本書(shū)中的高階主題，如多任務(wù)端到端架構(gòu)、優(yōu)化策略等內(nèi)容中獲取靈感，為自己的學(xué)術(shù)或行業(yè)創(chuàng)新提供支持。
●商業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃者和技術(shù)決策制定者。在涉及具身智能技術(shù)采購(gòu)、策略制定時(shí)，書(shū)中關(guān)于非性能需求、成本優(yōu)化等內(nèi)容可為制定長(zhǎng)遠(yuǎn)的AI發(fā)展戰(zhàn)略提供指導(dǎo)。
聯(lián)系作者
鑒于作者的寫(xiě)作水平有限，書(shū)中難免存在不妥之處，如你在閱讀過(guò)程中有任何疑問(wèn)或建議，可以通過(guò)郵箱chenggextu@hotmail.com聯(lián)系我。非常期待你的反饋，這將對(duì)我未來(lái)的寫(xiě)作有巨大幫助。希望你在閱讀本書(shū)的過(guò)程中能獲得深刻的啟示，加深對(duì)大模型和人工智能的理解。
致謝
感謝我的家人。在本書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程中，我陪伴他們的時(shí)間大大減少，但他們始終給予我支持與理解，讓我能夠全身心地投入寫(xiě)作中，而無(wú)后顧之憂。感謝我的研究生李偉華、李泳和謝芃，他們?yōu)楸緯?shū)繪制了大量的插圖，我對(duì)他們的付出表示由衷的感謝。