作者：劉偉

2023年11月2日，工信部在官網(wǎng)公布《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，提出人形機(jī)器人集成人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)，有望成為繼計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品，將深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。中國計(jì)劃，到2025年，人形機(jī)器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破，確保核心部組件安全有效供給。整機(jī)產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，在特種、制造、民生服務(wù)等場景得到示范應(yīng)用，探索形成有效的治理機(jī)制和手段。

一、人形機(jī)器人簡史

人形機(jī)器人是指外形和人類相似的機(jī)器人。它們可以通過模仿人類的外貌、動(dòng)作和表情來與人類進(jìn)行交互和溝通。人形機(jī)器人通常具備視覺、聽覺、語音、觸覺等多種感知能力，并且能夠通過自主決策和學(xué)習(xí)來適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)。人形機(jī)器人的發(fā)展歷史可以追溯到古代，但真正的發(fā)展始于20世紀(jì)。

以下是人形機(jī)器人發(fā)展的一些重要里程碑： （1）1920年代：最早的人形機(jī)器人問世。1921年，捷克作家卡雷爾·恰佩克的戲劇《羅瑟姆的萬能機(jī)器人》中首次提到了“機(jī)器人”一詞，劇名中的“Robota”一詞被用來形容一種經(jīng)過生物零部件組裝而成的生化人——為人類服務(wù)的奴隸。這個(gè)詞后來演化成了 Robot，成為人造人、機(jī)器人的代名詞。該戲劇引發(fā)了人們對于機(jī)器人概念的關(guān)注。 （2）1950年代：人類工程學(xué)研究的興起。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，人們開始研究如何設(shè)計(jì)機(jī)器人來模仿人類的外貌和動(dòng)作。這個(gè)時(shí)期的機(jī)器人主要用于工業(yè)生產(chǎn)線上的簡單任務(wù)。

（3）1960年代：日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的崛起。日本成為人形機(jī)器人研發(fā)的領(lǐng)先國家之一。在這個(gè)時(shí)期，能夠模仿人類行走和舉起物體的機(jī)器人開始出現(xiàn)。

（4）1980年代：機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人的智能程度得到了提高。這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)了一些具備人工智能和語音識別功能的機(jī)器人。

（5）2000年代：專用機(jī)器人的發(fā)展。除了工業(yè)和科研領(lǐng)域之外，人形機(jī)器人也開始應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如醫(yī)療、教育和娛樂等。這些機(jī)器人能夠和人類進(jìn)行更復(fù)雜的互動(dòng)。

（6）2010年代以來：人形機(jī)器人成為研究的熱點(diǎn)。人形機(jī)器人在科研和技術(shù)領(lǐng)域的研究得到了廣泛關(guān)注。一些具備高度復(fù)雜動(dòng)作控制和情感交流能力的人形機(jī)器人開始問世。 目前，人形機(jī)器人的發(fā)展正在不斷向前推進(jìn)。隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，人形機(jī)器人的智能程度和逼真程度將會(huì)不斷提高，為人類生活帶來更多的便利和創(chuàng)新。 在中國古代，并沒有像現(xiàn)代科技中的機(jī)器人概念。

然而，古代中國的工藝技術(shù)卓越，曾經(jīng)有些能夠以人形為模型的自動(dòng)化機(jī)械器械，其中的例子有西周周穆王時(shí)的倡優(yōu)跳舞機(jī)器人、唐朝倒酒機(jī)器人等。雖然這些古代的機(jī)械器械不被稱為機(jī)器人，但它們展示了中國古代人們對于自動(dòng)化機(jī)械的興趣和創(chuàng)造力。這些機(jī)械不僅僅是藝術(shù)品或娛樂工具，更是古代科技與文化的結(jié)晶。最近，國內(nèi)一些公司如小米、優(yōu)必選、達(dá)闥、傅里葉、追覓、智元都在積極布局人形機(jī)器人，均普、字節(jié)跳動(dòng)也擬入局機(jī)器人，探索把AI大模型能力用到機(jī)器人上。

二、人形機(jī)器人的三大關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)

（1）伺服控制。人形機(jī)器人需要具備精準(zhǔn)的動(dòng)作和姿態(tài)控制能力，以模擬人類的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。伺服控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)和身體部位的精細(xì)控制，使其能夠進(jìn)行各種復(fù)雜的動(dòng)作，如行走、跑步、跳躍等。

（2）人工智能。人形機(jī)器人需要具備人工智能的能力，以能夠感知和理解周圍環(huán)境，并做出相應(yīng)的反應(yīng)和決策。通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，人形機(jī)器人可以學(xué)習(xí)和適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化的行為。

（3）運(yùn)動(dòng)控制。人形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其復(fù)雜動(dòng)作和靈活移動(dòng)的關(guān)鍵。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)可以確保人形機(jī)器人的穩(wěn)定性和平衡性，使其能夠在不同的地形和環(huán)境中保持平衡，并進(jìn)行各種動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)，如躲避障礙、攀爬等。為了實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)動(dòng)控制，通常采用傳感器和算法來監(jiān)測和調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 上面這三大問題，進(jìn)一步可分解為人形機(jī)器人研究和開發(fā)面臨的6個(gè)主要挑戰(zhàn)：

（1）動(dòng)力和能源管理。人形機(jī)器人通常需要大量的能量來驅(qū)動(dòng)各種電動(dòng)關(guān)節(jié)和傳感器，因此如何實(shí)現(xiàn)高效的能源管理是一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

（2）機(jī)械設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)控制。人形機(jī)器人需要具備復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和精確的運(yùn)動(dòng)控制能力，以模仿人類的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。解決這些問題需要解決動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和控制理論等復(fù)雜問題。

（3）感知與感知處理。人形機(jī)器人需要能夠感知周圍環(huán)境和自身狀態(tài)，例如使用視覺傳感器、觸覺傳感器和聲音傳感器。同時(shí)，還需要處理這些感知數(shù)據(jù)來做出適當(dāng)?shù)臎Q策和行為。

（4）智能決策與規(guī)劃。人形機(jī)器人需要具備智能的決策和規(guī)劃能力，能夠在不同的環(huán)境中做出正確的選擇和行為。這涉及到機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等領(lǐng)域的研究。

（5）人機(jī)交互與安全性。人形機(jī)器人通常是為了與人類進(jìn)行交互和合作而設(shè)計(jì)的，因此需要能夠理解人類的語言和行為，并能夠與人類進(jìn)行安全的互動(dòng)。確保人形機(jī)器人的安全性和用戶體驗(yàn)是一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

（6）成本和可用性。人形機(jī)器人的研究和開發(fā)成本通常較高，并且目前尚未有普及的消費(fèi)市場。解決這些挑戰(zhàn)需要降低成本、提高可用性，并推動(dòng)人形機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用和商業(yè)化。

三、人形機(jī)器人感知、理解、決策的瓶頸

人形機(jī)器人感知、理解、決策的瓶頸主要包括感知能力、語言理解、決策能力和社交交互能力等方面的限制，為此，人形機(jī)器人需要建立準(zhǔn)確的環(huán)境模型，并能夠?qū)鼍斑M(jìn)行分析和理解。這需要借助于機(jī)器學(xué)習(xí)和推理技術(shù)，讓機(jī)器人能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識，對當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)和可能的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行預(yù)測和推測。人形機(jī)器人感知、理解、決策的瓶頸具體表現(xiàn)為：

（1）感知能力有限。人形機(jī)器人需要能夠感知周圍環(huán)境的各種信息，包括視覺、聽覺、觸覺等。然而，目前機(jī)器人的感知能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及人類，無法像人類一樣從復(fù)雜的場景中獲取準(zhǔn)確的感知信息。

（2）理解語言和上下文。人形機(jī)器人需要能夠理解人類的語言和上下文信息，并從中抽取出關(guān)鍵信息。然而，自然語言理解在處理復(fù)雜的語義和語用信息時(shí)仍存在困難，機(jī)器人往往不能準(zhǔn)確地理解人類的意圖和需求。

（3）決策能力不足。人形機(jī)器人需要能夠根據(jù)感知和理解的信息做出合理的決策。然而，在面對復(fù)雜、不確定的環(huán)境時(shí)，機(jī)器人往往難以做出準(zhǔn)確且適應(yīng)性強(qiáng)的決策。這涉及到機(jī)器人的推理和規(guī)劃能力的提升。

（4）社交交互能力有限。人形機(jī)器人需要具備良好的社交交互能力，能夠理解人類的情感和意圖，并以適當(dāng)?shù)姆绞脚c人類進(jìn)行交流。目前機(jī)器人在這方面的能力仍然有限，無法像人類一樣進(jìn)行情感交流和社交互動(dòng)。綜上所述，提高人形機(jī)器人的態(tài)勢感知能力需要結(jié)合傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺算法、數(shù)據(jù)融合和處理、環(huán)境建模和場景分析以及實(shí)時(shí)決策和規(guī)劃等多種關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新將為人形機(jī)器人的態(tài)勢感知能力提供更大的提升空間。

四、人形機(jī)器人的自主與協(xié)同

人形機(jī)器人的自主與群體協(xié)同競爭是指機(jī)器人可以在獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)的同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)中與其他機(jī)器人進(jìn)行協(xié)同配合，以實(shí)現(xiàn)更高效的工作。 首先，人形機(jī)器人的自主競爭能力是指機(jī)器人具有獨(dú)立決策和執(zhí)行任務(wù)的能力。機(jī)器人可以根據(jù)感知到的環(huán)境信息和任務(wù)目標(biāo)，自主選擇行動(dòng)策略，并實(shí)時(shí)調(diào)整策略以適應(yīng)不同的情況。例如，在一個(gè)工廠生產(chǎn)線上，人形機(jī)器人可以根據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，自動(dòng)完成裝配、搬運(yùn)和包裝等工作，而無需人工干預(yù)。這樣可以提高工作效率，降低勞動(dòng)力成本。 其次，人形機(jī)器人的群體協(xié)同競爭能力是指多個(gè)機(jī)器人在一起工作時(shí)，能夠相互合作和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的任務(wù)。機(jī)器人之間可以通過無線通信、傳感器共享等方式進(jìn)行信息交流和協(xié)作。例如，在一個(gè)物流中心，多個(gè)人形機(jī)器人可以根據(jù)指令分工合作，實(shí)現(xiàn)快速搬運(yùn)和倉儲(chǔ)管理。

機(jī)器人之間可以根據(jù)彼此的位置和負(fù)荷情況進(jìn)行任務(wù)分配，避免沖突和重復(fù)工作，提升整體工作效率。 在自主與群體協(xié)同競爭中，人形機(jī)器人需要具備先進(jìn)的感知、決策和執(zhí)行能力。感知能力可以通過視覺、聽覺、觸覺等傳感器實(shí)現(xiàn)，以感知環(huán)境中的障礙物、目標(biāo)物體和其他機(jī)器人。決策能力可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法實(shí)現(xiàn)，以分析感知數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)的行動(dòng)策略。執(zhí)行能力可以通過運(yùn)動(dòng)控制和力觸反饋等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和靈活的行動(dòng)。 人形機(jī)器人的自主與群體協(xié)同競爭將會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)、物流配送等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

通過提高機(jī)器人的自主決策能力和協(xié)同合作能力，可以提高工作效率，降低人力成本，推動(dòng)社會(huì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。人形機(jī)器人的自主程度可以分為以下幾個(gè)級別： 第一級零自主，機(jī)器人完全依賴于外部控制，無法獨(dú)立決策和執(zhí)行任務(wù)。它們僅根據(jù)預(yù)先編程的指令進(jìn)行動(dòng)作，無法適應(yīng)環(huán)境變化或處理復(fù)雜任務(wù)。 第二級有限的自主，機(jī)器人能夠通過傳感器獲取環(huán)境信息，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則和算法做出相應(yīng)的決策。它們可以執(zhí)行一些簡單的任務(wù)，但對于復(fù)雜的情況仍然需要人類的監(jiān)督和指導(dǎo)。 第三級部分的自主，機(jī)器人能夠感知環(huán)境，分析和理解復(fù)雜的信息，并基于自己的判斷做出決策。

它們可以在一定范圍內(nèi)獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)，并具有一定的適應(yīng)性和學(xué)習(xí)能力。然而，它們?nèi)匀恍枰祟惖闹笇?dǎo)和干預(yù)來解決更復(fù)雜的問題。 第四級高度的自主，機(jī)器人具有高級的感知和認(rèn)知能力，能夠全面理解環(huán)境和任務(wù)要求，能夠根據(jù)不同情況靈活地決策和行動(dòng)。它們可以在不同環(huán)境中自主執(zhí)行各種任務(wù)，并能夠適應(yīng)變化和學(xué)習(xí)新的知識和技能。它們可以獨(dú)立解決復(fù)雜的問題，而不需要人類的直接干預(yù)。 需要說明的是，目前人形機(jī)器人的技術(shù)仍然在發(fā)展中，大多數(shù)機(jī)器人仍處于有限自主或部分自主的階段。高度自主的人形機(jī)器人仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，需要更多的研究和技術(shù)突破才能實(shí)現(xiàn)。

五、人形機(jī)器人的測試與評價(jià)

總體來說，評價(jià)人形機(jī)器人需要綜合考量其交互能力、動(dòng)作控制能力、感知能力、決策能力以及用戶體驗(yàn)等方面的表現(xiàn)。同時(shí)，可以借鑒人形機(jī)器人的應(yīng)用場景，對不同的任務(wù)和環(huán)境進(jìn)行定制化評價(jià)。具體而言，人形機(jī)器人的測試與評價(jià)可以從以下幾個(gè)方面來考量：

（1）人機(jī)交互能力

人形機(jī)器人是否能夠與人類進(jìn)行自然、流暢的交流，包括語音識別、語義理解、語音合成等能力。測試可以通過與機(jī)器人進(jìn)行對話、提問、指令等方式進(jìn)行。

（2）動(dòng)作控制能力

人形機(jī)器人是否能夠準(zhǔn)確地完成各種動(dòng)作與姿勢，如走路、跑步、跳躍、抓取物品、握手等。測試可以通過觀察機(jī)器人的動(dòng)作執(zhí)行情況來評價(jià)。

（3）感知能力

人形機(jī)器人是否能夠準(zhǔn)確感知周圍環(huán)境的人和物體，包括識別人臉、物體、聲音等。測試可以通過模擬各種場景來評估機(jī)器人的感知能力。

（4）智能決策能力

人形機(jī)器人是否能夠根據(jù)周圍環(huán)境和任務(wù)需求做出智能決策，包括路徑規(guī)劃、任務(wù)分配、問題解決等。測試可以通過給機(jī)器人不同的任務(wù)或情境來考察其決策能力。

（5）用戶體驗(yàn)評價(jià)

人形機(jī)器人的外觀、聲音、交互方式是否符合用戶需求，是否能夠給人帶來愉悅和舒適的體驗(yàn)?？梢酝ㄟ^用戶調(diào)查、反饋等方式進(jìn)行評價(jià)。 總而言之，人形機(jī)器人可以被視為一個(gè)典型的人機(jī)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，包括人形機(jī)器人、人類用戶和周圍的環(huán)境。人形機(jī)器人作為機(jī)器人智能化技術(shù)的體現(xiàn)，通過傳感器、處理器和執(zhí)行器等技術(shù)來感知、處理和響應(yīng)環(huán)境的變化。它可以與人類用戶進(jìn)行交互，通過語音識別、圖像識別、姿勢識別等技術(shù)進(jìn)行溝通和理解人類的意圖。人形機(jī)器人還可以與環(huán)境互動(dòng)，通過移動(dòng)、抓取和操作等方式來完成任務(wù)。

人形機(jī)器人和人類用戶的交互是人機(jī)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。通過與人形機(jī)器人的交互，人類用戶可以向其傳達(dá)指令、提供信息，并從中獲取服務(wù)和反饋。人形機(jī)器人可以根據(jù)人類用戶的需求和意圖來做出相應(yīng)的行為，提供相關(guān)的服務(wù)和支持。周圍的環(huán)境也影響著人形機(jī)器人的行為和性能。環(huán)境中的物體、場景和其他人類用戶的存在都會(huì)對人形機(jī)器人的感知和決策產(chǎn)生影響。同時(shí)，人形機(jī)器人也可以通過與環(huán)境互動(dòng)來獲取信息和執(zhí)行任務(wù)。因此，人形機(jī)器人可以被視為一個(gè)典型的人機(jī)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，其中機(jī)器人、人類用戶和環(huán)境之間相互作用，共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)。

審核編輯：黃飛

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