人形机器人时代即将到来？

近日，工(gōng)业和信息化部等7部门印发《关于推动未来产(chǎn)业创新(xīn)发展的实施意见》，提出“做强未来高端装(zhuāng)备，突破人形机器人、量子计算机等产(chǎn)品”。

　　这并非“人形机器人”一词首次进入大众视野。2023年底，工(gōng)业和信息化部印发《人形机器人创新(xīn)发展指导意见》。今年1月12日，北京人形机器人创新(xīn)中(zhōng)心专家委员会在北京经开區(qū)成立。

　　随着人工(gōng)智能(néng)技(jì )术取得突破性进展，人形机器人发展动能(néng)愈发强劲，“头脑”聪明、“四肢”灵活的人形机器人正成為(wèi)未来产(chǎn)业热门赛道。公(gōng)开数据显示，人形机器人市场有(yǒu)望在2035年达到1540亿美元。

　　為(wèi)何研发人形机器人成為(wèi)热点？相比工(gōng)业机器人、机器狗、扫地机器人等产(chǎn)品，人形机器人有(yǒu)何不同？其研发又(yòu)面临着哪些亟待解决的难题？带着这些问题，记者走访了行业专家。

　　人形机器人具(jù)备独特优势

　　2023年，人形机器人产(chǎn)品数量陡增。仅在2023世界机器人大会上，就有(yǒu)10余款人形机器人产(chǎn)品亮相。

　　在全球范围内，特斯拉研发的人形机器人“擎天柱”受到极大关注。从特斯拉发布的信息来看，“擎天柱”已经具(jù)备浇花(huā)、跳舞、叠衣服等多(duō)项技(jì )能(néng)。此外，亚马逊旗下的人形机器人Digit已在很(hěn)多(duō)实际工(gōng)作(zuò)场景中(zhōng)初露锋芒。亚马逊还曾在2022年斥资17亿美元收購(gòu)了机器人公(gōng)司iRobot。

　　“人形机器人行业涉及很(hěn)多(duō)关键性技(jì )术，比如智能(néng)控制的嵌入式计算方法、传感器技(jì )术等。这些技(jì )术的突破或许会带动其他(tā)行业发展。”中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)院沈阳自动化研究所副所長(cháng)刘连庆说。

　　相比普通的工(gōng)业机器人和服務(wù)机器人，人形机器人在结构设计、硬件构成、控制算法、核心性能(néng)要求以及零部件选择上，都有(yǒu)很(hěn)大的差异。比如，普通工(gōng)业机器人的关节数量一般在2—10个之间，而人形机器人关节数量预计在40个以上，且每一个关节都需要一台伺服電(diàn)机。

　　那么，為(wèi)什么要花(huā)如此多(duō)精(jīng)力，把机器人打造成人形？

　　“人形机器人能(néng)够极好地适应人类生活环境，并使用(yòng)人类的工(gōng)具(jù)。此外，它们在人机交互上也有(yǒu)天然的优势。人类与其进行人机对话、感情投射时，会比较自然。”上海理(lǐ)工(gōng)大學(xué)机器智能(néng)研究院执行院長(cháng)李清都说。他(tā)认為(wèi)，通过學(xué)习人类的技(jì )能(néng)，人形机器人可(kě)以将人类从繁琐、高危的工(gōng)作(zuò)中(zhōng)解放出来。

　　我國(guó)企业加快突破关键技(jì )术

　　身高1.65米，體(tǐ)重55千克，步行速度可(kě)达每小(xiǎo)时5千米，负重可(kě)达50千克，全身有(yǒu)40个自由度，最大关节模组峰值扭矩可(kě)达300牛米……2023年，上海傅利叶智能(néng)科(kē)技(jì )有(yǒu)限公(gōng)司（以下简称傅利叶智能(néng)）研发的通用(yòng)人形机器人GR-1亮相世界人工(gōng)智能(néng)大会，并于同年9月正式开启预售。

　　傅利叶智能(néng)董事長(cháng)兼CEO顾捷说，机器人的双足是傅利叶智能(néng)在人形机器人研发之路上攻克的第一个关键技(jì )术模块。傅利叶智能(néng)曾在2017年发布我國(guó)首款商(shāng)业化下肢外骨骼机器人X1。这款机器人呈现的“背包+双足”形态，為(wèi)GR-1腿部形态奠定了基础。

　　人形机器人少不了人类最重要的执行端——手。上海非夕机器人科(kē)技(jì )有(yǒu)限公(gōng)司（以下简称非夕科(kē)技(jì )）是通用(yòng)机器人领域独角兽企业，专攻人形机器人的手臂部分(fēn)。该公(gōng)司研发的机器人“拂晓”拓展了机器人能(néng)力边界，这款机器人手部的柔性程度甚至超越人手。当记者尝试往不同方向推动“拂晓”的“指尖”时，只见它手部的7个轴相互配合，不断顺着记者给的推力往不同方向回缩，像是在和记者打太极。这完全打破了机器人往往沿固定轨迹进行重复运动的刻板印象。

　　“‘拂晓’可(kě)以像人一样，通过學(xué)习适应陌生环境，并依靠感觉自发地做动作(zuò)。”非夕科(kē)技(jì )联合创始人、CEO王世全说。

　　“拂晓”的这种能(néng)力来自哪里？原来，非夕科(kē)技(jì )研发了一套类似人类小(xiǎo)脑的算法。它能(néng)控制机器人每个关节输出的力，甚至能(néng)让机器人像人一样形成“肌肉记忆”。

　　上述案例，只是我國(guó)企业加快突破人形机器人关键技(jì )术的缩影。在利好政策和技(jì )术进步的推动下，我國(guó)人形机器人技(jì )术成果层出不穷，应用(yòng)场景不断扩展，核心零部件國(guó)产(chǎn)化进程不断加快。人形机器人逐步向更先进、更智能(néng)的方向迈进。

　　产(chǎn)业落地还需应对多(duō)重挑战

　　人形机器人在关键技(jì )术层面取得了诸多(duō)成果，但其发展还存在多(duō)重挑战。李清都说，平衡能(néng)力、续航能(néng)力、智能(néng)性、安(ān)全性和经济性是人形机器人发展的五大世界性难题。

　　平衡能(néng)力能(néng)使机器人在运动过程中(zhōng)保持稳定的姿态。人形机器人需要具(jù)备倾倒恢复、单腿平衡、动态平衡等能(néng)力。人形机器人的动力學(xué)模型非常复杂，包含连续变量动态系统、离散事件动态系统，以及两者相互作(zuò)用(yòng)的混杂系统。这给机器人的平衡稳定控制带来较大技(jì )术难度。

　　“续航能(néng)力说的是能(néng)量效率，它决定了人形机器人是否能(néng)够大规模推广使用(yòng)。”李清都说。人形机器人的类人形态决定了它无法携带大體(tǐ)积電(diàn)池。然而，目前锂電(diàn)池的能(néng)量密度有(yǒu)限，这给人形机器人的续航能(néng)力带来了严重挑战。新(xīn)形态電(diàn)池、无線(xiàn)充電(diàn)等供電(diàn)方案有(yǒu)望解决这一问题。

　　人形机器人在智能(néng)性方面的难点在于如何实现“小(xiǎo)脑智能(néng)”。李清都说，如同人类一样，人形机器人也有(yǒu)“大脑”“小(xiǎo)脑”和“肢體(tǐ)”。其中(zhōng)，“小(xiǎo)脑”需要整合感官数据，并控制身體(tǐ)姿势，是在“大脑”和“肢體(tǐ)”之间承上启下的桥梁，对机器人的自主學(xué)习能(néng)力、技(jì )能(néng)迁移能(néng)力意义重大。目前，随着以ChatGPT為(wèi)代表的大模型的迅速发展，人形机器人在实现“小(xiǎo)脑智能(néng)”的道路上迈出了关键一步。

　　人形机器人的安(ān)全性包括两个层面。首先，要确保机器人不会在摔倒等失控的情况下对人造成伤害；其次，由于人形机器人和手机一样都是移动终端，因此也要确保它接收和执行指令的过程安(ān)全可(kě)靠。

　　最后是人形机器人的经济性问题。目前，“擎天柱”单台成本為(wèi)10万美元左右。这一价格在众多(duō)人形机器人产(chǎn)品中(zhōng)已然较為(wèi)低廉，但显然还没有(yǒu)达到市场期望的2万美元以内。对于我國(guó)人形机器人企业而言，使用(yòng)國(guó)产(chǎn)自研零部件或将是一条行之有(yǒu)效的降本方法。