发布时间：2024-11-16 09:36:23 来源: sp20241116
◎肖钰周 本报记者 王 春
近日，工业和信息化部等7部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，提出“做强未来高端装备，突破人形机器人、量子计算机等产品”。
这并非“人形机器人”一词首次进入大众视野。2023年底，工业和信息化部印发《人形机器人创新发展指导意见》。今年1月12日，北京人形机器人创新中心专家委员会在北京经开区成立。
随着人工智能技术取得突破性进展，人形机器人发展动能愈发强劲，“头脑”聪明、“四肢”灵活的人形机器人正成为未来产业热门赛道。公开数据显示，人形机器人市场有望在2035年达到1540亿美元。
为何研发人形机器人成为热点？相比工业机器人、机器狗、扫地机器人等产品，人形机器人有何不同？其研发又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。
人形机器人具备独特优势
2023年，人形机器人产品数量陡增。仅在2023世界机器人大会上，就有10余款人形机器人产品亮相。
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”已经具备浇花、跳舞、叠衣服等多项技能。此外，亚马逊旗下的人形机器人Digit已在很多实际工作场景中初露锋芒。亚马逊还曾在2022年斥资17亿美元收购了机器人公司iRobot。
“人形机器人行业涉及很多关键性技术，比如智能控制的嵌入式计算方法、传感器技术等。这些技术的突破或许会带动其他行业发展。”中国科学院沈阳自动化研究所副所长刘连庆说。
相比普通的工业机器人和服务机器人，人形机器人在结构设计、硬件构成、控制算法、核心性能要求以及零部件选择上，都有很大的差异。比如，普通工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电机。
那么，为什么要花如此多精力，把机器人打造成人形？
“人形机器人能够极好地适应人类生活环境，并使用人类的工具。此外，它们在人机交互上也有天然的优势。人类与其进行人机对话、感情投射时，会比较自然。”上海理工大学机器智能研究院执行院长李清都说。他认为，通过学习人类的技能，人形机器人可以将人类从繁琐、高危的工作中解放出来。
我国企业加快突破关键技术
身高1.65米，体重55千克，步行速度可达每小时5千米，负重可达50千克，全身有40个自由度，最大关节模组峰值扭矩可达300牛米……2023年，上海傅利叶智能科技有限公司(以下简称傅利叶智能)研发的通用人形机器人GR-1亮相世界人工智能大会，并于同年9月正式开启预售。
傅利叶智能董事长兼CEO顾捷说，机器人的双足是傅利叶智能在人形机器人研发之路上攻克的第一个关键技术模块。傅利叶智能曾在2017年发布我国首款商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，为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。上海非夕机器人科技有限公司(以下简称非夕科技)是通用机器人领域独角兽企业，专攻人形机器人的手臂部分。该公司研发的机器人“拂晓”拓展了机器人能力边界，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’可以像人一样，通过学习适应陌生环境，并依靠感觉自发地做动作。”非夕科技联合创始人、CEO王世全说。
“拂晓”的这种能力来自哪里？原来，非夕科技研发了一套类似人类小脑的算法。它能控制机器人每个关节输出的力，甚至能让机器人像人一样形成“肌肉记忆”。
上述案例，只是我国企业加快突破人形机器人关键技术的缩影。在利好政策和技术进步的推动下，我国人形机器人技术成果层出不穷，应用场景不断扩展，核心零部件国产化进程不断加快。人形机器人逐步向更先进、更智能的方向迈进。
产业落地还需应对多重挑战
人形机器人在关键技术层面取得了诸多成果，但其发展还存在多重挑战。李清都说，平衡能力、续航能力、智能性、安全性和经济性是人形机器人发展的五大世界性难题。
平衡能力能使机器人在运动过程中保持稳定的姿态。人形机器人需要具备倾倒恢复、单腿平衡、动态平衡等能力。人形机器人的动力学模型非常复杂，包含连续变量动态系统、离散事件动态系统，以及两者相互作用的混杂系统。这给机器人的平衡稳定控制带来较大技术难度。
“续航能力说的是能量效率，它决定了人形机器人是否能够大规模推广使用。”李清都说。人形机器人的类人形态决定了它无法携带大体积电池。然而，目前锂电池的能量密度有限，这给人形机器人的续航能力带来了严重挑战。新形态电池、无线充电等供电方案有望解决这一问题。
人形机器人在智能性方面的难点在于如何实现“小脑智能”。李清都说，如同人类一样，人形机器人也有“大脑”“小脑”和“肢体”。其中，“小脑”需要整合感官数据，并控制身体姿势，是在“大脑”和“肢体”之间承上启下的桥梁，对机器人的自主学习能力、技能迁移能力意义重大。目前，随着以ChatGPT为代表的大模型的迅速发展，人形机器人在实现“小脑智能”的道路上迈出了关键一步。
人形机器人的安全性包括两个层面。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全可靠。
最后是人形机器人的经济性问题。目前，“擎天柱”单台成本为10万美元左右。这一价格在众多人形机器人产品中已然较为低廉，但显然还没有达到市场期望的2万美元以内。对于我国人形机器人企业而言，使用国产自研零部件或将是一条行之有效的降本方法。（科技日报） 【编辑:李岩】