近日，工業和信息化部等7部門印發《關于推動未來產業創新發展的實施意見》，提出“做強未來高端裝備，突破人形機器人、量子計算機等產品”。
這并非“人形機器人”一詞首次進入大眾視野。2023年底，工業和信息化部印發《人形機器人創新發展指導意見》。今年1月12日，北京人形機器人創新中心專家委員會在北京經開區成立。
隨著人工智能技術取得突破性進展，人形機器人發展動能愈發強勁，“頭腦”聰明、“四肢”靈活的人形機器人正成為未來產業熱門賽道。公開數據顯示，人形機器人市場有望在2035年達到1540億美元。
為何研發人形機器人成為熱點？相比工業機器人、機器狗、掃地機器人等產品，人形機器人有何不同？其研發又面臨著哪些亟待解決的難題？帶著這些問題，記者走訪了行業專家。
□科技日報記者 王春
人形機器人具備獨特優勢
2023年，人形機器人產品數量陡增。僅在2023世界機器人大會上，就有10余款人形機器人產品亮相。
在全球范圍內，特斯拉研發的人形機器人“擎天柱”受到極大關注。從特斯拉發布的信息來看，“擎天柱”已經具備澆花、跳舞、疊衣服等多項技能。此外，亞馬遜旗下的人形機器人Digit已在很多實際工作場景中初露鋒芒。亞馬遜還曾在2022年斥資17億美元收購了機器人公司iRobot。
“人形機器人行業涉及很多關鍵性技術，比如智能控制的嵌入式計算方法、傳感器技術等。這些技術的突破或許會帶動其他行業發展。”中國科學院沈陽自動化研究所副所長劉連慶說。
相比普通的工業機器人和服務機器人，人形機器人在結構設計、硬件構成、控制算法、核心性能要求以及零部件選擇上，都有很大的差異。比如，普通工業機器人的關節數量一般在2—10個之間，而人形機器人關節數量預計在40個以上，且每一個關節都需要一臺伺服電機。
那么，為什么要花如此多精力，把機器人打造成人形？
“人形機器人能夠極好地適應人類生活環境，并使用人類的工具。此外，它們在人機交互上也有天然的優勢。人類與其進行人機對話、感情投射時，會比較自然。”上海理工大學機器智能研究院執行院長李清都說。他認為，通過學習人類的技能，人形機器人可以將人類從繁瑣、高危的工作中解放出來。
我國企業加快突破關鍵技術
身高1.65米，體重55千克，步行速度可達每小時5千米，負重可達50千克，全身有40個自由度，最大關節模組峰值扭矩可達300牛米……2023年，上海傅利葉智能科技有限公司（以下簡稱傅利葉智能）研發的通用人形機器人GR-1亮相世界人工智能大會，并于同年9月正式開啟預售。
傅利葉智能董事長兼CEO顧捷說，機器人的雙足是傅利葉智能在人形機器人研發之路上攻克的第一個關鍵技術模塊。傅利葉智能曾在2017年發布我國首款商業化下肢外骨骼機器人X1。這款機器人呈現的“背包+雙足”形態，為GR-1腿部形態奠定了基礎。
人形機器人少不了人類最重要的執行端——手。上海非夕機器人科技有限公司（以下簡稱非夕科技）是通用機器人領域獨角獸企業，專攻人形機器人的手臂部分。該公司研發的機器人“拂曉”拓展了機器人能力邊界，這款機器人手部的柔性程度甚至超越人手。當記者嘗試往不同方向推動“拂曉”的“指尖”時，只見它手部的7個軸相互配合，不斷順著記者給的推力往不同方向回縮，像是在和記者打太極。這完全打破了機器人往往沿固定軌跡進行重復運動的刻板印象。
“‘拂曉’可以像人一樣，通過學習適應陌生環境，并依靠感覺自發地做動作。”非夕科技聯合創始人、CEO王世全說。
“拂曉”的這種能力來自哪里？原來，非夕科技研發了一套類似人類小腦的算法。它能控制機器人每個關節輸出的力，甚至能讓機器人像人一樣形成“肌肉記憶”。
上述案例，只是我國企業加快突破人形機器人關鍵技術的縮影。在利好政策和技術進步的推動下，我國人形機器人技術成果層出不窮，應用場景不斷擴展，核心零部件國產化進程不斷加快。人形機器人逐步向更先進、更智能的方向邁進。
產業落地還需應對多重挑戰
人形機器人在關鍵技術層面取得了諸多成果，但其發展還存在多重挑戰。李清都說，平衡能力、續航能力、智能性、安全性和經濟性是人形機器人發展的五大世界性難題。
平衡能力能使機器人在運動過程中保持穩定的姿態。人形機器人需要具備傾倒恢復、單腿平衡、動態平衡等能力。人形機器人的動力學模型非常復雜，包含連續變量動態系統、離散事件動態系統，以及兩者相互作用的混雜系統。這給機器人的平衡穩定控制帶來較大技術難度。
“續航能力說的是能量效率，它決定了人形機器人是否能夠大規模推廣使用。”李清都說。人形機器人的類人形態決定了它無法攜帶大體積電池。然而，目前鋰電池的能量密度有限，這給人形機器人的續航能力帶來了嚴重挑戰。新形態電池、無線充電等供電方案有望解決這一問題。
人形機器人在智能性方面的難點在于如何實現“小腦智能”。李清都說，如同人類一樣，人形機器人也有“大腦”“小腦”和“肢體”。其中，“小腦”需要整合感官數據，并控制身體姿勢，是在“大腦”和“肢體”之間承上啟下的橋梁，對機器人的自主學習能力、技能遷移能力意義重大。目前，隨著以ChatGPT為代表的大模型的迅速發展，人形機器人在實現“小腦智能”的道路上邁出了關鍵一步。
人形機器人的安全性包括兩個層面。首先，要確保機器人不會在摔倒等失控的情況下對人造成傷害；其次，由于人形機器人和手機一樣都是移動終端，因此也要確保它接收和執行指令的過程安全可靠。
最后是人形機器人的經濟性問題。目前，“擎天柱”單臺成本為10萬美元左右。這一價格在眾多人形機器人產品中已然較為低廉，但顯然還沒有達到市場期望的2萬美元以內。對于我國人形機器人企業而言，使用國產自研零部件或將是一條行之有效的降本方法。
（原載2024年2月5日《科技日報》）
