本文轉自：人民日報
丁 漢 陶 波
《 人民日報 》（ 2024年07月16日 第 20 版）
人們一直夢(mèng)想擁有像人一樣的智能機器助手。戰國時(shí)期《列子·湯問(wèn)》中的工匠偃師制造了能夠模擬人類(lèi)動(dòng)作行為、能歌善舞的偶人；希臘神話(huà)中的赫菲斯托斯鑄造了金屬巨人塔羅斯以守護家園；經(jīng)典科幻作品《我，機器人》暢想2035年機器人不僅具備高超的運動(dòng)能力，還衍生出人類(lèi)情感，高度融入人類(lèi)生活。如今，隨著(zhù)人工智能與機器人技術(shù)迅猛發(fā)展，創(chuàng )造仿人智能伙伴的想法逐漸成為現實(shí)，人形機器人將在工業(yè)生產(chǎn)、醫療健康、科學(xué)探索等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，助力人類(lèi)邁向更加美好的未來(lái)。歷經(jīng)三大發(fā)展階段，人形機器人通用化智能化進(jìn)程正在加速人形機器人也稱(chēng)仿人機器人，是指具有人類(lèi)形態(tài)和功能的智能機械體。它們通常擁有頭部、軀干和四肢等類(lèi)人結構，具備感知決策、運動(dòng)控制、肢體執行等能力，能夠利用先進(jìn)的傳感器捕捉視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等信息，并通過(guò)控制系統實(shí)現類(lèi)似于人類(lèi)神經(jīng)傳導的功能，用伺服電機模擬人類(lèi)關(guān)節運動(dòng)。這些類(lèi)人特性使得人形機器人能夠適應人類(lèi)生活和工作的各種場(chǎng)景，不僅可以承擔繁重危險的任務(wù)，也能通過(guò)交互協(xié)作成為人類(lèi)得力助手。自上世紀60年代至今，人形機器人的發(fā)展歷程大致分為三個(gè)階段。在千禧年之前的早期探索中，人形機器人可以行走，并在手部功能上實(shí)現外觀(guān)仿形和簡(jiǎn)單運動(dòng)。在其后10余年的智能化起步階段，人形機器人具備初級感知功能，可以有限度地與外界環(huán)境互動(dòng)，并且運動(dòng)自由度有所提升。2016年至今是智能化進(jìn)階階段，人形機器人搭載起人工智能、機器學(xué)習和計算機視覺(jué)系統等先進(jìn)技術(shù)，提升了感知和認知功能，不僅能夠靈活敏捷地適應外界環(huán)境，而且具備通識理解能力。當前，人形機器人在環(huán)境理解和智能交互等領(lǐng)域取得顯著(zhù)進(jìn)展，通用化智能化進(jìn)程正在加速。從世界范圍內看，全球人形機器人研發(fā)競爭激烈，很多國家和地區已將發(fā)展人形機器人產(chǎn)業(yè)提升至國家戰略高度。我國人形機器人研究與產(chǎn)業(yè)尚處培育期，但已呈現出加速發(fā)展趨勢，涌現出一批具有國際競爭力的人形機器人企業(yè)，部分技術(shù)成果已接近國際領(lǐng)先水平。對人體的高度復刻需要前沿科學(xué)、尖端技術(shù)深度交叉融合人形機器人的結構設計是對奇妙人體的重塑，不僅需要多學(xué)科交叉融合，更是尖端科技的集大成者。其設計原理主要包含以下幾個(gè)方面。仿生學(xué)與機械工程的有機融合。設計人形機器人，需要運用仿生學(xué)原理，通過(guò)模仿人類(lèi)的身體結構和運動(dòng)規律，為機器人創(chuàng )造類(lèi)似骨骼、關(guān)節、肌肉和皮膚系統的機械結構。這不僅使其能夠像人類(lèi)一樣自然地運動(dòng)，還具備靈活性和適應性。機械工程理論的新發(fā)現，則保證了人形機器人結構的穩固。精確選擇材料、巧妙設計結構，能夠讓人形機器人保持穩定高效的運行狀態(tài)，從而勝任復雜任務(wù)。傳感技術(shù)與控制理論的集成突破。傳感器扮演著(zhù)人類(lèi)感知器官的角色，能夠像眼睛、耳朵和皮膚一樣感知環(huán)境信息。視覺(jué)傳感器通過(guò)攝像頭捕捉環(huán)境圖像，讓人形機器人能夠識別物體、區分顏色和形狀；聲音傳感器接收并解析語(yǔ)音指令，使人形機器人能夠聽(tīng)懂和回應人類(lèi)的話(huà)語(yǔ)；力覺(jué)傳感器仿效人體的力覺(jué)感受，使人形機器人能夠精確感知與外界交互過(guò)程中的接觸力；觸覺(jué)傳感器模仿人類(lèi)觸覺(jué)，幫助人形機器人精準感知物體的形狀和硬度�？刂葡到y是人形機器人的大腦，借助計算單元和智能算法，處理獲取的數據并作出決策。在這個(gè)過(guò)程中，多種智能算法的應用讓機器人越來(lái)越接近人類(lèi)。比如，強化學(xué)習方法通過(guò)試錯學(xué)習，調整行為策略；深度學(xué)習方法利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，處理視覺(jué)、語(yǔ)音識別等任務(wù)；自然語(yǔ)言處理方法使人形機器人能夠理解人類(lèi)語(yǔ)言并進(jìn)行交互。人形機器人集成多種傳感器與智能控制算法，突破了過(guò)去感控方法單一的局限性。驅動(dòng)方式與執行動(dòng)作的精準協(xié)調。人形機器人的驅動(dòng)器負責將能源轉換為機械運動(dòng)，根據能量轉換方式的不同，驅動(dòng)方式可分為電機、液壓、氣動(dòng)等，如高效電動(dòng)馬達、精密液壓系統、氣動(dòng)人工肌肉等。執行器則負責具體操作，可完成抓取、搬運或其他高精度動(dòng)作。驅動(dòng)方式與執行動(dòng)作的精準協(xié)調就像是力量與動(dòng)作的完美映射，通過(guò)驅動(dòng)方式的選取與執行動(dòng)作的調控，人形機器人甚至能復現人類(lèi)的微笑、皺眉、驚訝等表情，從而更加親切自然地與人類(lèi)互動(dòng)。雖然人形機器人的科學(xué)原理不斷清晰明朗，但當前還有一些技術(shù)挑戰需要勠力攻克。健壯靈活的四肢。人形機器人需要具備強有力且活動(dòng)范圍大的四肢，以做出多樣化動(dòng)作。由于電驅動(dòng)成本低、靈活度高、動(dòng)力強勁，大部分人形機器人都采用基于電機、驅動(dòng)器和電池的電動(dòng)關(guān)節形式。當前，電池、印刷電路板等產(chǎn)業(yè)鏈較為暢通完善，為實(shí)現電動(dòng)關(guān)節的低成本制造提供便利，也為人形機器人的大規模生產(chǎn)奠定基礎。然而，要實(shí)現更強動(dòng)力、更輕重量和更高控制精度，需要對關(guān)節進(jìn)行電、磁、熱、機械等多維度的物理優(yōu)化設計。敏銳強大的神經(jīng)。人形機器人神經(jīng)系統的主要任務(wù)是感知外部環(huán)境并對數據進(jìn)行處理，以支持智能決策的制定。實(shí)現高效感知的關(guān)鍵在于先進(jìn)傳感器技術(shù)和強大數據處理能力。有的科技企業(yè)已將無(wú)人駕駛汽車(chē)的傳感器系統應用于機器人研發(fā)，使人形機器人能夠實(shí)時(shí)感知周?chē)h(huán)境并精確處理數據。比如，激光雷達系統精確測量周?chē)h(huán)境，有效提升人形機器人感知能力；深度相機捕捉的高精度三維圖像，提供詳細環(huán)境信息；柔性薄膜傳感器像人形機器人的“皮膚”，感知壓力和觸碰。隨著(zhù)傳感器數量增加，提升傳感器數據的實(shí)時(shí)性和準確性，有效整合處理數據，成為新的研究方向。流暢協(xié)調的小腦。類(lèi)似于人類(lèi)小腦，人形機器人需要依賴(lài)先進(jìn)的運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制算法，實(shí)現復雜動(dòng)作的協(xié)調控制和流暢完成。這需要精確的運動(dòng)學(xué)建模和實(shí)時(shí)的運動(dòng)規劃控制。我國在這一領(lǐng)域取得進(jìn)展，特別是在運動(dòng)控制算法和傳感器融合方面卓有成效。然而，與傳統的工業(yè)機械臂和柔性機械臂相比，由于人形機器人自由度高、動(dòng)作模型復雜，其高精度運動(dòng)控制和實(shí)時(shí)響應速度仍有提升空間。博學(xué)智能的大腦。人形機器人真正的“靈魂”在于智能行為和決策能力，這決定了其應用的廣度和深度。要實(shí)現高度智能化的行為，人形機器人需要具備強大的計算能力和先進(jìn)的人工智能算法。在人工智能領(lǐng)域，核心算法和系統集成是我們的努力方向。要不斷增強人工智能的自主學(xué)習能力，提升系統集成度，開(kāi)發(fā)更為智能和自主的決策系統，以實(shí)現人形機器人的真正智能化。人形機器人發(fā)展重要時(shí)期即將來(lái)臨人形機器人作為人工智能、高端制造、新材料等尖端技術(shù)的集大成者，其應用前景無(wú)比廣闊。未來(lái)3—5年，將是人形機器人發(fā)展的重要時(shí)期。在此期間，我們有望見(jiàn)證關(guān)鍵技術(shù)的突破，如高性能核心零部件的研制、人工智能算法的深度應用等，為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定堅實(shí)基礎。同時(shí)，隨著(zhù)技術(shù)日益成熟、成本逐漸降低，人形機器人有望突破成本瓶頸，實(shí)現規�；慨a(chǎn)，從而應用于更廣泛領(lǐng)域。讓我們設想一組未來(lái)場(chǎng)景：在工廠(chǎng)中，人形機器人與技術(shù)工人并肩勞動(dòng)、互為補充，極大提升生產(chǎn)效率；在家庭中，人形機器人化身貼心的管家，照顧老人、陪伴孩子，甚至可以處理繁瑣的家務(wù)；在醫療領(lǐng)域，人形機器人可執行高精度的手術(shù)，拯救生命；在應急處置中，它們勇往直前、深入險境、開(kāi)展救援。此外，在國家重大工程、科研探索等諸多領(lǐng)域，人形機器人也將發(fā)揮重要作用。人形機器人是機器人技術(shù)的制高點(diǎn)，也是科技競爭的新高地、未來(lái)產(chǎn)業(yè)的新賽道、經(jīng)濟發(fā)展的新動(dòng)能，將深刻影響人類(lèi)生產(chǎn)生活方式和全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當前，中國人形機器人產(chǎn)業(yè)正面臨前所未有的發(fā)展機遇，政府大力支持，科研院校聚焦技術(shù)攻關(guān)，科技企業(yè)百舸爭流，共同建立完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)。置身其中，我們深感科技的創(chuàng )新力量，更見(jiàn)證了人類(lèi)智慧的璀璨光芒。相信在多方共同努力下，人形機器人將幫助人類(lèi)邁向更加智能、便捷、高效的生活。（作者丁漢為中國科學(xué)院院士、華中科技大學(xué)教授，陶波為華中科技大學(xué)教授）
《仿人機器人理論與技術(shù)》：陳墾、付成龍著(zhù)；清華大學(xué)出版社出版。《人與機器人：創(chuàng )造機器人的終極目標是什么》：本尼·莫爾斯等著(zhù)，嚴笑譯；貴州人民出版社出版。《機器人革命：即將到來(lái)的機器人時(shí)代》：約瑟夫·巴科恩、大衛·漢森著(zhù)，潘俊譯；機械工業(yè)出版社出版。
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