圖為在2023廣州車(chē)展上展出的人形機(jī)器人
近日，工業(yè)和信息化部等7部門(mén)印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，提出“做強(qiáng)未來(lái)高端裝備，突破人形機(jī)器人、量子計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品”。
這并非“人形機(jī)器人”一詞首次進(jìn)入大眾視野。2023年底，工業(yè)和信息化部印發(fā)《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》。今年1月12日，北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心專(zhuān)家委員會(huì)在北京經(jīng)開(kāi)區(qū)成立。
隨著人工智能技術(shù)取得突破性進(jìn)展，人形機(jī)器人發(fā)展動(dòng)能愈發(fā)強(qiáng)勁，“頭腦”聰明、“四肢”靈活的人形機(jī)器人正成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)熱門(mén)賽道。公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，人形機(jī)器人市場(chǎng)有望在2035年達(dá)到1540億美元。
為何研發(fā)人形機(jī)器人成為熱點(diǎn)？相比工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器狗、掃地機(jī)器人等產(chǎn)品，人形機(jī)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(wèn)題，記者走訪(fǎng)了行業(yè)專(zhuān)家。
人形機(jī)器人具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
2023年，人形機(jī)器人產(chǎn)品數(shù)量陡增。僅在2023世界機(jī)器人大會(huì)上，就有10余款人形機(jī)器人產(chǎn)品亮相。
在全球范圍內(nèi)，特斯拉研發(fā)的人形機(jī)器人“擎天柱”受到極大關(guān)注。從特斯拉發(fā)布的信息來(lái)看，“擎天柱”已經(jīng)具備澆花、跳舞、疊衣服等多項(xiàng)技能。此外，亞馬遜旗下的人形機(jī)器人Digit已在很多實(shí)際工作場(chǎng)景中初露鋒芒。亞馬遜還曾在2022年斥資17億美元收購(gòu)了機(jī)器人公司iRobot。
“人形機(jī)器人行業(yè)涉及很多關(guān)鍵性技術(shù)，比如智能控制的嵌入式計(jì)算方法、傳感器技術(shù)等。這些技術(shù)的突破或許會(huì)帶動(dòng)其他行業(yè)發(fā)展。”中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng)劉連慶說(shuō)。
相比普通的工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人，人形機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件構(gòu)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(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)量一般在2—10個(gè)之間，而人形機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)量預(yù)計(jì)在40個(gè)以上，且每一個(gè)關(guān)節(jié)都需要一臺(tái)伺服電機(jī)。
那么，為什么要花如此多精力，把機(jī)器人打造成人形？
“人形機(jī)器人能夠極好地適應(yīng)人類(lèi)生活環(huán)境，并使用人類(lèi)的工具。此外，它們?cè)谌藱C(jī)交互上也有天然的優(yōu)勢(shì)。人類(lèi)與其進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)、感情投射時(shí)，會(huì)比較自然。”上海理工大學(xué)機(jī)器智能研究院執(zhí)行院長(zhǎng)李清都說(shuō)。他認(rèn)為，通過(guò)學(xué)習(xí)人類(lèi)的技能，人形機(jī)器人可以將人類(lèi)從繁瑣、高危的工作中解放出來(lái)。
我國(guó)企業(yè)加快突破關(guān)鍵技術(shù)
身高1.65米，體重55千克，步行速度可達(dá)每小時(shí)5千米，負(fù)重可達(dá)50千克，全身有40個(gè)自由度，最大關(guān)節(jié)模組峰值扭矩可達(dá)300牛米……2023年，上海傅利葉智能科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)傅利葉智能）研發(fā)的通用人形機(jī)器人GR-1亮相世界人工智能大會(huì)，并于同年9月正式開(kāi)啟預(yù)售。
傅利葉智能董事長(zhǎng)兼CEO顧捷說(shuō)，機(jī)器人的雙足是傅利葉智能在人形機(jī)器人研發(fā)之路上攻克的第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)模塊。傅利葉智能曾在2017年發(fā)布我國(guó)首款商業(yè)化下肢外骨骼機(jī)器人X1。這款機(jī)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(chǔ)。
人形機(jī)器人少不了人類(lèi)最重要的執(zhí)行端——手。上海非夕機(jī)器人科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)非夕科技）是通用機(jī)器人領(lǐng)域獨(dú)角獸企業(yè)，專(zhuān)攻人形機(jī)器人的手臂部分。該公司研發(fā)的機(jī)器人“拂曉”拓展了機(jī)器人能力邊界，這款機(jī)器人手部的柔性程度甚至超越人手。當(dāng)記者嘗試往不同方向推動(dòng)“拂曉”的“指尖”時(shí)，只見(jiàn)它手部的7個(gè)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(jī)器人往往沿固定軌跡進(jìn)行重復(fù)運(yùn)動(dòng)的刻板印象。
“‘拂曉’可以像人一樣，通過(guò)學(xué)習(xí)適應(yīng)陌生環(huán)境，并依靠感覺(jué)自發(fā)地做動(dòng)作。”非夕科技聯(lián)合創(chuàng)始人、CEO王世全說(shuō)。
“拂曉”的這種能力來(lái)自哪里？原來(lái)，非夕科技研發(fā)了一套類(lèi)似人類(lèi)小腦的算法。它能控制機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)輸出的力，甚至能讓機(jī)器人像人一樣形成“肌肉記憶”。
上述案例，只是我國(guó)企業(yè)加快突破人形機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的縮影。在利好政策和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，我國(guó)人形機(jī)器人技術(shù)成果層出不窮，應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)展，核心零部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快。人形機(jī)器人逐步向更先進(jìn)、更智能的方向邁進(jìn)。
產(chǎn)業(yè)落地還需應(yīng)對(duì)多重挑戰(zhàn)
人形機(jī)器人在關(guān)鍵技術(shù)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(shuō)，平衡能力、續(xù)航能力、智能性、安全性和經(jīng)濟(jì)性是人形機(jī)器人發(fā)展的五大世界性難題。
平衡能力能使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持穩(wěn)定的姿態(tài)。人形機(jī)器人需要具備傾倒恢復(fù)、單腿平衡、動(dòng)態(tài)平衡等能力。人形機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型非常復(fù)雜，包含連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，以及兩者相互作用的混雜系統(tǒng)。這給機(jī)器人的平衡穩(wěn)定控制帶來(lái)較大技術(shù)難度。
“續(xù)航能力說(shuō)的是能量效率，它決定了人形機(jī)器人是否能夠大規(guī)模推廣使用。”李清都說(shuō)。人形機(jī)器人的類(lèi)人形態(tài)決定了它無(wú)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(jī)器人的續(xù)航能力帶來(lái)了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。新形態(tài)電池、無(wú)線(xiàn)充電等供電方案有望解決這一問(wèn)題。
人形機(jī)器人在智能性方面的難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)“小腦智能”。李清都說(shuō)，如同人類(lèi)一樣，人形機(jī)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(shì)，是在“大腦”和“肢體”之間承上啟下的橋梁，對(duì)機(jī)器人的自主學(xué)習(xí)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(jī)器人在實(shí)現(xiàn)“小腦智能”的道路上邁出了關(guān)鍵一步。
人形機(jī)器人的安全性包括兩個(gè)層面。首先，要確保機(jī)器人不會(huì)在摔倒等失控的情況下對(duì)人造成傷害；其次，由于人形機(jī)器人和手機(jī)一樣都是移動(dòng)終端，因此也要確保它接收和執(zhí)行指令的過(guò)程安全可靠。
最后是人形機(jī)器人的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。目前，“擎天柱”單臺(tái)成本為10萬(wàn)美元左右。這一價(jià)格在眾多人形機(jī)器人產(chǎn)品中已然較為低廉，但顯然還沒(méi)有達(dá)到市場(chǎng)期望的2萬(wàn)美元以?xún)?nèi)。對(duì)于我國(guó)人形機(jī)器人企業(yè)而言，使用國(guó)產(chǎn)自研零部件或?qū)⑹且粭l行之有效的降本方法。
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