人形機(jī)器人走進(jìn)生活還有多遠(yuǎn)

蛇年春晚舞臺上，穿著花棉襖轉(zhuǎn)手絹的“顯眼包”人形機(jī)器人迅速走紅，后續(xù)的銷售市場供不應(yīng)求。該人形機(jī)器人研發(fā)企業(yè)負(fù)責(zé)人近日在接受媒體采訪時透露，今年年底前，人形機(jī)器人會達(dá)到一個新量級，并將于明年應(yīng)用于一些基礎(chǔ)服務(wù)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。

行走、跳舞、空翻、避障、跋山涉水……世界上人行機(jī)器人的研發(fā)成果日新月異。人們購買人形機(jī)器人當(dāng)然不只是為了娛樂，而是要讓它們工作。這是不是意味著人形機(jī)器人的時代即將來臨？它離走入大眾生活的目標(biāo)還有多遠(yuǎn)？未來的智能升級又有哪些值得期待的變化呢？

機(jī)器人技術(shù)發(fā)展歷經(jīng)三代更迭

機(jī)器人（Robot）是一種能夠半自主或全自主工作的智能機(jī)器，而人形機(jī)器人（Android）是一種旨在模仿人類外觀和行為的機(jī)器人。無論是模擬人類行為或思想，還是模擬其他生物的機(jī)械（如機(jī)器狗、機(jī)器貓等），都是機(jī)器人。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人專指能自動執(zhí)行任務(wù)的人造機(jī)器設(shè)備，用以取代或協(xié)助人類工作，它們一般是機(jī)電設(shè)備，由計(jì)算機(jī)程序或電子電路控制。

早在2000多年前，世界上就有關(guān)于機(jī)器人的描述和制造。比如，公元前2世紀(jì)，古希臘人發(fā)明了一個可以借助蒸汽唱歌的機(jī)器人，其動力來自水、空氣和蒸汽壓力。中國東漢時期，科學(xué)家張衡發(fā)明了測量路程用的“計(jì)里鼓車”機(jī)器人，車上裝有木人、鼓和鐘，每走1里擊鼓1次，每走10里擊鐘一次；三國時期，蜀漢丞相諸葛亮研制出的木牛流馬是最早的陸地軍用機(jī)器人。

20世紀(jì)50年代，美國發(fā)明家喬治·德沃爾與約瑟夫·恩格爾伯格一起發(fā)明了第一款工業(yè)機(jī)器人Unimate 001，這也是第一個由電腦控制的數(shù)字化機(jī)器人。到了現(xiàn)代，日本早稻田大學(xué)的加藤一郎團(tuán)隊(duì)在1973年研發(fā)出世界上第一臺真人大小的人形智能機(jī)器人WABOT-1，它有兩只手、兩條腿，體內(nèi)有肢體控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)和對話系統(tǒng)，胸部裝有兩個攝像頭，手部裝有觸覺傳感器。

簡單梳理機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展，可以分為三代。

第一代是可編程機(jī)器人，可根據(jù)操作員所編的程序完成一些簡單的重復(fù)性操作。這一代機(jī)器人從20世紀(jì)60年代后半期開始投入使用，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)界。

第二代是感知機(jī)器人，也稱自適應(yīng)機(jī)器人，是在第一代機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有不同程度的感知能力。這類機(jī)器人在工業(yè)界雖有應(yīng)用，但還不廣泛。

第三代機(jī)器人可稱為智能機(jī)器人，具有識別、推理、規(guī)劃和學(xué)習(xí)等能力，能夠感知外界并做出行為選擇，以及在非特定的環(huán)境下作業(yè)。如果不以人形為限制的話，現(xiàn)在的智能駕駛系統(tǒng)也可稱為智能機(jī)器人，不過這類機(jī)器人還在試驗(yàn)階段，僅少部分特定使用。

機(jī)器人為何要向“人形”發(fā)展

現(xiàn)在的機(jī)器人大部分都是非人形的，主要應(yīng)用于工業(yè)，即通常所說的工業(yè)機(jī)器人。它們大多應(yīng)用于制造業(yè)工廠里的生產(chǎn)線，還應(yīng)用于射出成型業(yè)（制造業(yè)中的核心技術(shù)，廣泛應(yīng)用于塑膠和復(fù)合材料的生產(chǎn)）、建筑業(yè)，以及石油鉆探、礦石開采、太空探索、水下探索、清理毒害物質(zhì)、搜救、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域。

工業(yè)機(jī)器人的作用是幫助人們工作，相比之下，人們更喜歡人形機(jī)器人，也就是具有人形的智能機(jī)器人。它們既能幫人干活，還有娛樂功能，甚至還出現(xiàn)了能與人交談的聊天機(jī)器人。

工業(yè)和信息化部發(fā)布的《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》指出，人形機(jī)器人集成人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)，有望成為繼計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品。但是，研發(fā)人形機(jī)器人和使其成為人類可廣泛使用的產(chǎn)品極具挑戰(zhàn)性。

首先，人形機(jī)器人應(yīng)當(dāng)擁有具身智能（Embodied Artificial Intelligence，EAI），即將人工智能融入人形機(jī)器人，讓它們具有像人一樣感知、學(xué)習(xí)和與環(huán)境動態(tài)交互的能力，并伺機(jī)行動。想擁有具身智能，人形機(jī)器人需要擁有人工智能領(lǐng)域的諸多技術(shù)，如計(jì)算機(jī)視覺（模式識別、圖像處理）、自然語言理解與交流（語音識別、合成、對話）、認(rèn)知與推理（各種物理和社會常識）、機(jī)器人學(xué)（機(jī)械、控制、設(shè)計(jì)、運(yùn)動規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃等）、博弈與倫理（人機(jī)、代理人的交互、對抗與合作，機(jī)器人與社會融合等）、機(jī)器學(xué)習(xí)（各種統(tǒng)計(jì)的建模、分析工具和計(jì)算方法）。

其次，人們希望人形機(jī)器人能干家務(wù)，并且與人互動，這是人類文化、心理認(rèn)同以及生物自然演化規(guī)律所決定的。既然要求機(jī)器人為人工作，它的“人形”就是人類的共識，也是現(xiàn)在和未來機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用的方向，人形機(jī)器人只有呈現(xiàn)與人盡可能接近的相貌、語言、膚色、身高、體重和心理、行為方式，才能為人類或特定人群所完全接受。人們喜歡機(jī)器人與自己有相似的相貌和行為，是人類在演化中形成的一種心理定勢。人形機(jī)器人受青睞是緣于信任，而信任起源于最基本的心理認(rèn)同和親和力，只有信任和認(rèn)同機(jī)器人，才有可能讓其為人服務(wù)。

現(xiàn)在研發(fā)者對于機(jī)器人的“人形”只是初步要求，未來的人形機(jī)器人很有可能按照各個國家和民族的人（生物形狀）的大數(shù)據(jù)和平均值為模板，研發(fā)出更有真實(shí)感的人形機(jī)器人，以便能更好地進(jìn)行指揮和操控。

從科學(xué)的角度來看，人形機(jī)器人的研發(fā)本身就會考慮到生物和人類演化的規(guī)律?，F(xiàn)代陸地生物和人類之所以演化為四條腿和兩條腿走路，是因?yàn)殛懙丨h(huán)境要求生物具有應(yīng)對自然中各種地形的行動能力和特征，如能跨、跳、跑、走，能上坡下坎、攀援、游泳等。因此，人形機(jī)器人是對陸生動物和人類“仿生”的必然選擇?？梢韵胍姡磥碛幸惶?，外貌、身材、肌肉、溫度、表情等方面都像人的人形機(jī)器人，是社會接納度最高的智能產(chǎn)品。

中國人形機(jī)器人躋身世界前列

當(dāng)前，全球人形機(jī)器人研發(fā)企業(yè)主要分布在美國、中國、日本、英國等國。中國有宇樹科技、智元機(jī)器人、優(yōu)必選、傅利葉智能、小米、中國電科21所機(jī)器人工程中心等，競爭激烈。2023年12月19日，中國電科21所機(jī)器人工程中心公開展示了其研發(fā)的第一代人形機(jī)器人電科機(jī)器人1號。它身高1.62米，體重60千克，擁有39個自由度（包括手指關(guān)節(jié)），單臂最大負(fù)載5千克，雙臂最大負(fù)載10千克，最快行走速度5千米/小時，可拿杯子、搬箱子，在斜坡、碎石地、草地等非平整路面上如履平地。

而在蛇年春晚舞臺上火出圈的16個人形機(jī)器人H1，名為福兮，身高約1.8米，體重約47千克。這種機(jī)器人的移動速度為3.3米/秒，是目前世界上走得最快的人形機(jī)器人，潛在運(yùn)動性能大于5米/秒，電池容量864Wh，可快速更換電池。

前面提到的人形機(jī)器人的核心特征具身智能，在福兮身上已經(jīng)具備了一些。福兮依靠高精度3D激光SLAM 自主定位和導(dǎo)航、多智能體協(xié)同規(guī)劃、先進(jìn)組網(wǎng)方案等技術(shù)，不僅能夠在舞臺上確保精準(zhǔn)定位和穩(wěn)定連接，讓動作和隊(duì)形達(dá)到復(fù)制、粘貼的效果，強(qiáng)大的集群協(xié)同控制系統(tǒng)還讓它能及時隨舞臺變化做出相應(yīng)調(diào)整。同時，福兮配備了360度全景深度感知技術(shù)，就像長了許多雙眼睛，能全面感知和看清周圍環(huán)境，讓它得心應(yīng)手地完成轉(zhuǎn)手絹這樣的技術(shù)活兒。扭胯、甩手、擺臂、轉(zhuǎn)手絹、扭秧歌……在AI驅(qū)動全身運(yùn)動控制技術(shù)的控制下，福兮手上功夫靈巧，身體動作整齊。福兮還能完成原地空翻動作，它的最大關(guān)節(jié)扭矩能達(dá)到360牛頓·米（N·m），完成許多真人表演者都難以實(shí)現(xiàn)的高難度動作。

H1人形機(jī)器人是我國民用機(jī)器人公司宇樹科技于2023年8月推出的產(chǎn)品，2024年5月，該公司又推出了G1人形機(jī)器人。G1身高約1.27米，體重約35千克，具有超于常人的靈活性，小跑速度大于2米/秒，擁有23-43個關(guān)節(jié)，最大關(guān)節(jié)扭矩達(dá)到120牛頓·米，可進(jìn)行動態(tài)站起、坐下折疊、舞棍等高難度的動態(tài)動作。G1還可選配Dex3-1力控靈巧手，通過力位混合控制，模擬人手的精準(zhǔn)操作能力，可以砸核桃、搬重物，也可以拿取雞蛋等易碎物品、輕松開啟汽水瓶蓋，或完成焊接等精細(xì)作業(yè)。G1的感知和傳感能力源自它搭載的Intel RealSense D435和LIVOX-MID360 3D激光雷達(dá)，能夠進(jìn)行360度的探測感知，可以更好地適應(yīng)周圍環(huán)境。

去年，在面向開發(fā)者的全球人工智能大會上，全球9家機(jī)器人公司研發(fā)的9臺人形機(jī)器人亮相，中國人形機(jī)器人占了兩臺：一是宇樹科技的H1，二是小鵬公司研發(fā)的PX5。前者是中國首款“能跑的全尺寸通用人形機(jī)器人”，后者能踢足球、越障行走、騎平衡車等。這表明，中國的人形機(jī)器人已進(jìn)入國際一流水平行列。

預(yù)計(jì)最早2028年進(jìn)入消費(fèi)市場

展望國際，其他一些科技公司的人形機(jī)器人目前正處于領(lǐng)先水平。

2014年，美國波士頓動力公司研發(fā)了第一代阿特拉斯（Atlas），是雙足人形機(jī)器人，四肢為4個液壓所驅(qū)動。阿特拉斯由航空級鋁和鈦制造，身高6英尺（1.8米），重330磅（150千克），用藍(lán)光LED照明。它配備了兩個視覺系統(tǒng)，一個激光測距儀和一個立體照相機(jī)，由一個機(jī)載電腦控制，可在崎嶇道路上行走自如。2016年，阿特拉斯升級到能自主搬運(yùn)東西、開門等，遇到較強(qiáng)沖擊力時可以像人類一樣，踉蹌兩步后找到平衡，甚至能在摔倒后站起來。隨后，阿特拉斯的技能一路開掛，可以踩碎石、爬雪地、撐竿跳、后空翻，甚至完成高難度體操、跑酷等。美國的特斯拉公司同樣在研發(fā)人形機(jī)器人。2022年10月，特斯拉展示了其人形機(jī)器人擎天柱（Optimus），它可以在工廠周圍移動部件，用扳手給汽車安裝螺栓。擎天柱的下一個奮斗目標(biāo)是成為用得起的家庭“伙伴”，會做飯、修剪草坪和照顧老人等。

據(jù)業(yè)界預(yù)測，人形機(jī)器人應(yīng)用到工廠的時間是2024年至2027年，應(yīng)用到消費(fèi)市場的時間為2028年至2031年。到2035年時，全球人形機(jī)器人的產(chǎn)量將達(dá)到140萬臺，市場規(guī)模約380億美元。

但是，在人形機(jī)器人全面進(jìn)入市場之前，還有許多瓶頸需要打通。

在技術(shù)上，人形機(jī)器人需要進(jìn)一步改進(jìn)行為動作，使之與人相似或一樣。比如，在蛇年春晚表演結(jié)束后，福兮退場是被演員推著走的，有點(diǎn)像“扶老奶奶過馬路”。雖然福兮的速度可以達(dá)到最快3.3米/秒（人的平均步速是1.48-1.51米/秒），但顯然福兮的退場既趕不上人的速度，也達(dá)不到高質(zhì)量的具身智能，即能觀察實(shí)地情況，像人一樣快速退場。此外，人形機(jī)器人的有些部件需要高精度磨床，由于其數(shù)量有限，導(dǎo)致產(chǎn)量難以提高。同時，人形機(jī)器人操控軟件（如抓取物體）和交互軟件（無需訓(xùn)練即可接收人類的語音指令）的研發(fā)仍存在較大的進(jìn)步空間。

價(jià)格是人形機(jī)器人的另一個重要瓶頸。目前的人形機(jī)器人還處于產(chǎn)業(yè)化初期，成本高昂，普遍10萬美元起步。未來的人形機(jī)器人至少要降至1萬美元，才有可能被人們普遍接受。

安全問題也不容忽視。2024年1月，有消息稱特斯拉公司的擎天柱襲擊了一名工程師，地面還留有血跡。雖被公司認(rèn)定為謠言，但人們對于人形機(jī)器人能否嚴(yán)格遵守“機(jī)器人不得傷害人類”的核心準(zhǔn)則仍然存疑。另一個敏感的問題就是倫理準(zhǔn)則，比如，能否讓人形機(jī)器人參與戰(zhàn)爭？但現(xiàn)實(shí)情況是，非人形機(jī)器人已經(jīng)在俄烏戰(zhàn)場上出現(xiàn)。

也許，當(dāng)上述所有問題都得到妥善解決時，人形機(jī)器人才能為人類提供高質(zhì)量、高水平、多方面的服務(wù)。作為人工智能技術(shù)的集成體現(xiàn)，人形機(jī)器人是未來產(chǎn)業(yè)的一個重要賽道。如今人形機(jī)器人的研發(fā)如火如荼，它正在飛速發(fā)展的科學(xué)環(huán)境中不斷升級，一步步向走進(jìn)大眾生活這個目標(biāo)靠近。

來源：北京日報(bào)