近日，工業(yè)和信息化部等7部門印發(fā)《關于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)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(chǎn)品”。
這并非“人形機器人”一詞首次進入大眾視野。2023年底，工業(yè)和信息化部印發(fā)《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導意見》。今年1月12日，北京人形機器人創(chuàng)新中心專家委員會在北京經(jīng)開區(qū)成立。
隨著人工智能技術取得突破性進展，人形機器人發(fā)展動能愈發(fā)強勁，“頭腦”聰明、“四肢”靈活的人形機器人正成為未來產(chǎn)業(yè)熱門賽道。公開數(shù)據(jù)顯示，人形機器人市場有望在2035年達到1540億美元。
為何研發(fā)人形機器人成為熱點？相比工業(yè)機器人、機器狗、掃地機器人等產(chǎn)品，人形機器人有何不同？其研發(fā)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(yè)專家。
□科技日報記者 王春
人形機器人具備獨特優(yōu)勢
2023年，人形機器人產(chǎn)品數(shù)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(chǎn)品亮相。
在全球范圍內，特斯拉研發(fā)的人形機器人“擎天柱”受到極大關注。從特斯拉發(fā)布的信息來看，“擎天柱”已經(jīng)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(yè)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(yè)發(fā)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(yè)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(yè)機器人的關節(jié)數(shù)量一般在2—10個之間，而人形機器人關節(jié)數(shù)量預計在40個以上，且每一個關節(jié)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(huán)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(yōu)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(zhí)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(yè)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(jié)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(fā)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(fā)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(fā)布我國首款商業(yè)化下肢外骨骼機器人X1。這款機器人呈現(xiàn)的“背包+雙足”形態(tài)，為GR-1腿部形態(tài)奠定了基礎。
人形機器人少不了人類最重要的執(zhí)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(yè)，專攻人形機器人的手臂部分。該公司研發(fā)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(huán)境，并依靠感覺自發(fā)地做動作。”非夕科技聯(lián)合創(chuàng)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(fā)了一套類似人類小腦的算法。它能控制機器人每個關節(jié)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(yè)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)落地還需應對多重挑戰(zhàn)
人形機器人在關鍵技術層面取得了諸多成果，但其發(fā)展還存在多重挑戰(zhàn)。李清都說，平衡能力、續(xù)航能力、智能性、安全性和經(jīng)濟性是人形機器人發(fā)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(wěn)定的姿態(tài)。人形機器人需要具備傾倒恢復、單腿平衡、動態(tài)平衡等能力。人形機器人的動力學模型非常復雜，包含連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)、離散事件動態(tài)系統(tǒng)，以及兩者相互作用的混雜系統(tǒng)。這給機器人的平衡穩(wěn)定控制帶來較大技術難度。
“續(xù)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(guī)模推廣使用。”李清都說。人形機器人的類人形態(tài)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(xù)航能力帶來了嚴重挑戰(zhàn)。新形態(tài)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(xiàn)“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(shù)據(jù)，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(fā)展，人形機器人在實現(xiàn)“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(zhí)行指令的過程安全可靠。
最后是人形機器人的經(jīng)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(chǎn)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(yè)而言，使用國產(chǎn)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》）
