人形機(jī)器人已成為科技競爭新高地、經(jīng)濟(jì)發(fā)展新引擎、未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新賽道，發(fā)展?jié)摿Υ螅?a href="http://baoxianwx.cn/app/" target="_blank">應(yīng)用前景廣，是加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力和實現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的重要支撐。

 

    2023年11月，習(xí)近平總書記在上海市考察調(diào)研時，一臺名為GR-1的人形機(jī)器人受到習(xí)近平總書記的關(guān)注。人形機(jī)器人是具身智能的重要載體，融合機(jī)電、新材料、軟件算法、控制系統(tǒng)等各項高端技術(shù)于一體，代表了世界機(jī)電一體化、智能化的最高技術(shù)水平。近期，以特斯拉OptimusGen2為代表的人形機(jī)器人再度開啟了人形機(jī)器人的發(fā)展浪潮，加快推動人形機(jī)器人由簡單的仿人交互向更智能的人機(jī)互動方向發(fā)展。

 

    工信部的多項文件加快人形機(jī)器人發(fā)展。2023年8月，工信部等4部門聯(lián)合發(fā)布的《新產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)航工程實施方案（2023—2035年）》指出要加快人形機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)制定，助力人形機(jī)器人發(fā)展。2023年10月，工信部出臺的《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》指出人形機(jī)器人集人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)于一體，將深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，支撐現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。2024年1月，工業(yè)和信息化部等七部門發(fā)布的《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》提出要突破高轉(zhuǎn)矩密度伺服電機(jī)、高動態(tài)運動規(guī)劃與控制等核心技術(shù)，重點推進(jìn)智能制造、家庭服務(wù)、特殊環(huán)境作業(yè)等應(yīng)用場景的人形機(jī)器人研發(fā)。

 

    一、人形機(jī)器人≠機(jī)器人+人形外殼

 

    人形機(jī)器人，又稱仿人機(jī)器人，是一種在人類工作和居住的環(huán)境工作、操作為人設(shè)計的工具和設(shè)備、與人交流、模仿人類外觀和行為的智能化機(jī)器人。人形機(jī)器人通過集成傳感器、執(zhí)行器和算法等軟硬件，能夠感知周圍環(huán)境、識別物體和人，高效地收集并處理物理空間的數(shù)據(jù)和信息，更好地理解人類的意圖和需求，從而為人類提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。人形機(jī)器人發(fā)展前景廣闊，可廣泛用于工廠、物流、救援、醫(yī)療、教育、科研、娛樂、服務(wù)等場景。

 

    人形機(jī)器人具備人類的基本特征，如頭、眼、手、腿等，有助于與人類進(jìn)行更自然和直觀的交互，增強(qiáng)人機(jī)之間的親和力與溝通效果。人形機(jī)器人在設(shè)計上注重模仿人類的行走、抓取、表情等動作和姿態(tài)，以提供更真實的體驗。人形機(jī)器人通過語音識別和語音合成技術(shù)進(jìn)行語言交流，通過視覺和觸覺反饋進(jìn)行互動。人類天生對人類形態(tài)和行為更感興趣和親近，人形設(shè)計使其更容易與人類進(jìn)行交互，更容易建立情感聯(lián)系和共鳴，從而更易接受和信任機(jī)器人。人形機(jī)器人具備人類外觀和動作，使人類更容易理解和預(yù)測其行為。這有助于提高人機(jī)之間的相互理解和協(xié)作。人形機(jī)器人的設(shè)計和外觀也會受到文化、心理、應(yīng)用場景等因素的影響。

 

    人形機(jī)器人從起步階段到高級階段，逐步具備如下特點。自主移動：可自主移動且續(xù)航時間長；智能協(xié)同：無須人工喚醒，具備人機(jī)交互、無預(yù)設(shè)內(nèi)容互動、學(xué)習(xí)和協(xié)作能力；動作靈巧性：人形機(jī)器人的腦、手臂、手指等關(guān)節(jié)活動靈活，無僵硬感；肢體微動作：能夠模仿微笑、傷心等表情以及呼吸、眨眼等微小幅度的動作。

 

    二、國內(nèi)外人形機(jī)器人發(fā)展態(tài)勢

 

    人形機(jī)器人研究始于20世紀(jì)60年代后期。早期的人形機(jī)器人主要是由機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子控制系統(tǒng)組成的，其功能相對簡單，只能執(zhí)行一些基本的動作和任務(wù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，全球人形機(jī)器人研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。多個國家紛紛投入巨資支持人形機(jī)器人研發(fā)，并出臺了一系列政策措施來加速人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，全球人形機(jī)器人研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，多種人形機(jī)器人相繼問世，如美國的波士頓動力公司的Atlas、特斯拉公司的Optimus、本田公司的ASIMO以及我國優(yōu)必選的WalkerX人形機(jī)器人等。隨著技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用場景的不斷拓展，人形機(jī)器人的智能化水平將得到進(jìn)一步提升。

 

    2.1美日歐人形機(jī)器人研究領(lǐng)先

 

    當(dāng)前，全球領(lǐng)先人形機(jī)器人研究主要集中在美國、日本和部分歐洲國家。例如，美國波士頓動力的Atlas、美國特斯拉公司的Optimus、美國敏捷機(jī)器人公司的Digits、日本本田公司的ASIMO、英國工程藝術(shù)公司的Ameca等企業(yè)。美國和日本的人形機(jī)器人運動與控制技術(shù)已具有商業(yè)化基礎(chǔ)。人形機(jī)器人與大模型的結(jié)合將開啟一個全新的智能時代。ChatGPT、StableDiffusion和SAM等技術(shù)為發(fā)展通用智慧的人形機(jī)器人提供助力。OpenAI在發(fā)布ChatGPT后，投資了人形機(jī)器人公司1Xtechnologies，致力于將AI大模型加載于人形機(jī)器人。谷歌發(fā)布了5620億參數(shù)的具備“通才”能力的PaLM-E大模型，既能看圖像、理解和生成語言，還可以執(zhí)行各種復(fù)雜的機(jī)器人指令。特斯拉公司創(chuàng)始人埃隆•馬斯克（ElonMusk）創(chuàng)立了xAI公司，加速推動人形機(jī)器人與AI大模型的融合。2023年5月，美國人形機(jī)器人初創(chuàng)公司Figure獲得7000萬美元融資，打造通用型人形機(jī)器人。2024年1月，1Xtechnologies再次獲得1億美元的投資。

 

    2.2我國人形機(jī)器人奮起直追

 

    在政府和社會資金的支持下，我國人形機(jī)器人的發(fā)展迎來爆發(fā)期。北京理工大學(xué)的BHR系列、浙江大學(xué)的Wukong系列、優(yōu)必選公司的Walker系列、宇樹公司的機(jī)器人H1、樂聚公司的KUAVO、小米公司的CyberOne等各具特色。然而，我國人形機(jī)器人核心技術(shù)與美國、日本差距較大，關(guān)鍵零部件亟待突破。為此，科技部和JKW持續(xù)支持仿人基礎(chǔ)理論和核心關(guān)鍵技術(shù)研究。工信部接連發(fā)文，推動人形機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)制定，加快關(guān)鍵核心技術(shù)突破，培育重點產(chǎn)業(yè)，拓展應(yīng)用場景。人形機(jī)器人正成為投資焦點，騰訊、聯(lián)想、小鵬、美團(tuán)等公司相繼入局人形機(jī)器人領(lǐng)域，紅杉、高瓴、三花控股、基石資本等知名投資機(jī)構(gòu)積極布局人形機(jī)器人。2023年，我國10余款人形機(jī)器人整機(jī)問世，如宇樹公司的H1、樂聚公司的KUAVO、優(yōu)必選公司的WalkerS、追覓科技的通用人形機(jī)器人、小鵬汽車的PX5等。

 

    上海集聚了大量的人形機(jī)器人整機(jī)研發(fā)與應(yīng)用的企業(yè)。傅利葉智能的GR-1突破了人形機(jī)器人關(guān)鍵的高性能執(zhí)行器，實現(xiàn)了自然行走和一定的任務(wù)執(zhí)行能力。智元機(jī)器人公司的A1采用“CPU+GPU”架構(gòu)，利用無須聯(lián)網(wǎng)的“端腦”，實現(xiàn)人機(jī)交互。達(dá)闥公司的XR4采用并聯(lián)驅(qū)動結(jié)構(gòu)和高扭矩密度電機(jī)實現(xiàn)了高靈敏高動態(tài)運動。中國電子科技集團(tuán)公司第二二十一研究所（簡稱“中電科21所”）的電科機(jī)器人1號引入了視覺識別與感知系統(tǒng)、運動規(guī)劃算法，可用于智慧物流場景。

 

    2.3全球人形機(jī)器人競爭格局

 

    全球人形機(jī)器人競爭格局呈現(xiàn)出多元化、區(qū)域化和跨界融合的特點。美國、中國、日本和歐洲等國家和地區(qū)是全球人形機(jī)器人企業(yè)分布最為集中的區(qū)域。美國人形機(jī)器人企業(yè)，如波士頓動力、敏捷機(jī)器人、特斯拉、1XTechnologies、Apptronik和Figure等，憑借其深厚的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力，在全球人形機(jī)器人競爭中處于領(lǐng)先地位。這些公司的產(chǎn)品在運動控制、智能感知、人機(jī)交互等方面具有顯著優(yōu)勢。英國工程藝術(shù)公司在人形機(jī)器人設(shè)計和制造方面也具有獨特的技術(shù)和量產(chǎn)成本優(yōu)勢，使其在全球市場上占有一席之地。日本本田公司的ASIMO系列人形機(jī)器人而聞名于世，其在機(jī)器人運動控制和智能化方面有著深厚的積累。小米、星動紀(jì)元、鋼鐵俠、智造未來、傅利葉智能、智元機(jī)器人、達(dá)闥、中電科21所、鈦虎、優(yōu)必選、樂聚、小鵬汽車、純米、追覓科技、宇樹等公司積極推進(jìn)人形機(jī)器人整機(jī)研發(fā)。這些企業(yè)通過自主研發(fā)和創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品的技術(shù)水平和市場競爭力，推動了中國人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

 

    三、人形機(jī)器人發(fā)展趨勢

 

    3.1電機(jī)驅(qū)動：人形機(jī)器人的主流驅(qū)動形式

 

    人形機(jī)器人的驅(qū)動類型主要分為電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種，每種驅(qū)動方式都有其優(yōu)勢和不足。在以特斯拉Optimus、本田ASIMO、優(yōu)必選WalkerX和傅利葉智能GR-1等為代表的電機(jī)驅(qū)動中，伺服驅(qū)動器將位置、速度、扭矩等信號傳送至伺服電機(jī)。伺服電機(jī)在接收到信號后，將其轉(zhuǎn)換為扭矩和轉(zhuǎn)速，從而驅(qū)動控制對象，并通過減速器調(diào)節(jié)扭矩，優(yōu)化低速運動的平穩(wěn)性，能夠滿足人形機(jī)器人的大多數(shù)運動需求。電機(jī)驅(qū)動具有較好的低速運動平穩(wěn)性，具備易維護(hù)、低成本、零件規(guī)整等優(yōu)勢，但其存在能量輸出密度低、能耗大和散熱要求高等問題。在以波士頓動力Atlas為代表的液壓驅(qū)動中，液壓驅(qū)動核心原理是通過液體壓縮泵產(chǎn)生高壓液體，高壓強(qiáng)作用于缸體產(chǎn)生巨大推力，帶動機(jī)器人關(guān)節(jié)運動。液壓驅(qū)動的單位能量輸出密度更大，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠有效實現(xiàn)仿人機(jī)器人的運動能力。液壓驅(qū)動存在噪音大、易漏液、對污染敏感、對液壓元件的精度質(zhì)量要求高、對維護(hù)團(tuán)隊要求高、造價高等問題。

 

    3.2通用：人形機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢

 

    人形機(jī)器人發(fā)展可分為專用人形機(jī)器人和通用人形機(jī)器人兩個階段。第一階段，圍繞工廠制造、康養(yǎng)、物流配送、倉庫分揀等眾多場景，形成專用人形機(jī)器人。這一階段的人形機(jī)器人基于特定應(yīng)用場景提供定制化解決方案，但離大規(guī)模推廣還有一定的距離。第二階段，通過技術(shù)迭代和大模型構(gòu)建，打造適用于所有場景的通用人形機(jī)器人。這一階段的人形機(jī)器人將具備跨場景、跨任務(wù)的通用能力，可以適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，并根據(jù)用戶需求提供個性化的服務(wù)和體驗。

 

    通用人形機(jī)器人的發(fā)展離不開運動、操作和智能三大關(guān)鍵技術(shù)的突破。在運動能力方面，仿人關(guān)節(jié)設(shè)計與制造、高動態(tài)控制等技術(shù)的進(jìn)步將使人形機(jī)器人能夠更好地模擬人類的形態(tài)和行為。在操作能力方面，輕量化仿人臂手設(shè)計與擬人化操作控制技術(shù)的創(chuàng)新將賦予人形機(jī)器人更強(qiáng)大的操作執(zhí)行能力。在智能方面，以ChatGPT為代表的人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，將推動人形機(jī)器人從弱人工智能向通用人工智能的演進(jìn)。

 

    未來，通用人形機(jī)器人的發(fā)展將更加注重個性化。消費者可以根據(jù)自己的需求和喜好，定制不同功能、外觀和性能的人形機(jī)器人。這將使人形機(jī)器人更加普及化和個性化，為人們的生活帶來更多的便利和樂趣。人形機(jī)器人將不僅在工業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，還將逐漸滲透到人們的日常生活中，成為未來社會的重要組成部分。

 

    3.3規(guī)范和治理：人形機(jī)器人發(fā)展的重中之重

 

    規(guī)范和治理是人形機(jī)器人發(fā)展的重中之重。作為一名與人類緊密互動的伙伴，人形機(jī)器人涉及的安全、倫理以及社會影響問題不容忽視。在安全方面，人形機(jī)器人發(fā)展要重視置安全屏障、加密數(shù)據(jù)傳輸、保護(hù)用戶隱私等安全措施的制定，確保人形機(jī)器人的應(yīng)用不會對人類造成危害。在倫理方面，人形機(jī)器人發(fā)展可以通過制定人形機(jī)器人倫理指南、建立倫理審查機(jī)制、登記制度、制定使用協(xié)議等方式加強(qiáng)倫理指導(dǎo)和監(jiān)管，促使人形機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用符合人類價值觀和倫理原則。在社會影響方面，政府要加大對勞動力（尤其是弱勢群體）的技能教育和培訓(xùn)投入，提供轉(zhuǎn)崗、培訓(xùn)和再就業(yè)支持，增強(qiáng)新就業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力。

 

    四、上海發(fā)展人形機(jī)器人的對策建議

 

    上海發(fā)展人形機(jī)器人具有良好的基礎(chǔ)和優(yōu)勢。例如，中電科21所在高功率密度微型伺服電機(jī)方面與國際水平持平；上海交通大學(xué)在運動控制理論、自主學(xué)習(xí)與行為發(fā)育技術(shù)、液壓驅(qū)動、功能-結(jié)構(gòu)-材料-制造一體化、機(jī)械臂與靈巧手和仿生關(guān)節(jié)與脊柱等方面有良好的研究積累；傅利葉智能在類人仿生運動行為控制技術(shù)方面具有多年積累，并自主研制了高密度一體化執(zhí)行器關(guān)節(jié)；上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海大學(xué)在感知和認(rèn)知領(lǐng)域擁有較多原創(chuàng)性成果。

 

    然而，上海人形機(jī)器人發(fā)展面臨著執(zhí)行器、傳感器、專用芯片、操作系統(tǒng)、人機(jī)交互技術(shù)、仿真系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件和技術(shù)競爭力差、人形機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)研合作不深、產(chǎn)業(yè)化速度慢等問題。通用人形機(jī)器人是引領(lǐng)下一次技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵，具有顛覆性影響和戰(zhàn)略意義。為此，提出以下建議：

 

    一是加強(qiáng)人形機(jī)器人關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)和布局。加強(qiáng)執(zhí)行器、傳感器、專用芯片、操作系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件和技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。布局人形機(jī)器人人機(jī)交互技術(shù)，建立云-邊-端系統(tǒng)，共享數(shù)據(jù)、模型、知識庫等，優(yōu)化前端模型準(zhǔn)確度。推進(jìn)人體神經(jīng)信號控制技術(shù)，腦電、肌電、視覺、觸/力覺信息融合、人-機(jī)協(xié)同、機(jī)-機(jī)協(xié)同等技術(shù)研發(fā)，加快人形機(jī)器人運動、認(rèn)知、感知等技術(shù)突破，強(qiáng)化類人仿生運動行為控制技術(shù)、自主學(xué)習(xí)與行為發(fā)育技術(shù)、多模態(tài)信息的人機(jī)自然交互技術(shù)發(fā)展，探索人形機(jī)器人學(xué)習(xí)技能、使用工具、自主學(xué)習(xí)等技術(shù)。制定引導(dǎo)、優(yōu)惠、轉(zhuǎn)化等專項政策措施，加快匯聚國內(nèi)外人形機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)和技術(shù)。加強(qiáng)政府引導(dǎo)，沿人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈布局技術(shù)聯(lián)盟，推動政府、高校、科研院所、企業(yè)密切協(xié)同合作，加強(qiáng)跨領(lǐng)域共性技術(shù)研發(fā)，提升人形機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)能力。

 

    二是積極打造多樣化人形機(jī)器人應(yīng)用場景。以傅利葉智能、中電科、達(dá)闥、智元機(jī)器人等企業(yè)為主體，圍繞倉庫揀選、物流、康養(yǎng)等場景，加快專用人形機(jī)器人研發(fā)。以專用人形機(jī)器人為藍(lán)本，加強(qiáng)傅利葉智能、達(dá)闥、中電科、智元機(jī)器人等企業(yè)與博物館、科技館、景區(qū)、制造業(yè)企業(yè)等合作，積極打造適用于教育、展覽演出、游戲娛樂、工廠制造、家庭服務(wù)等通用場景的人形機(jī)器人。創(chuàng)建通用人形機(jī)器人聯(lián)盟，加快技術(shù)迭代和整合，加快通用人形機(jī)器人發(fā)展。

 

    三是強(qiáng)化產(chǎn)研合作。鼓勵人形機(jī)器人企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)組建產(chǎn)研聯(lián)合體，實現(xiàn)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)、市場推廣等環(huán)節(jié)的深度融合。針對人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，設(shè)立聯(lián)合研發(fā)項目，由企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)研發(fā)任務(wù)。加強(qiáng)產(chǎn)研對接平臺建設(shè)，完善平臺功能，提供技術(shù)需求發(fā)布、項目對接、成果展示、交易撮合等一站式服務(wù)。設(shè)立專項資金、提供貸款貼息等方式，鼓勵人形機(jī)器人企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)研合作。

 

    四是加快建設(shè)風(fēng)險分擔(dān)機(jī)制。加快上海人形機(jī)器人領(lǐng)域風(fēng)險分擔(dān)機(jī)制建設(shè)，合理化科學(xué)家、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、政府在人形機(jī)器人領(lǐng)域研發(fā)的風(fēng)險分擔(dān)比例和收益獲取比例。建立容錯機(jī)制，鼓勵科研人員探索、挑戰(zhàn)未知，并保障容錯機(jī)制有效運行。建立上海人形機(jī)器人領(lǐng)域中長期的投資機(jī)制，為人形機(jī)器人的發(fā)展提供長期資金保障。

 

    五是加強(qiáng)人才培養(yǎng)與引進(jìn)。與高校、科研機(jī)構(gòu)合作，建立人形機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)基地，提供系統(tǒng)化、專業(yè)化的培訓(xùn)課程，培養(yǎng)具備專業(yè)技能和知識的人才。定期舉辦國際人形機(jī)器人學(xué)術(shù)交流活動，邀請國內(nèi)外專家學(xué)者參與，分享最新的研究成果和技術(shù)進(jìn)展。制定針對人形機(jī)器人領(lǐng)域的人才引進(jìn)計劃，建立完善的人才引進(jìn)機(jī)制，簡化引進(jìn)流程，為優(yōu)秀人才提供良好的發(fā)展平臺和職業(yè)晉升通道。

 

    （作者：余全明，上海市科學(xué)學(xué)研究所博士后）