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作者：劉偉
2023年11月2日，工信部在官網公布《人形機器人創新發展指導意見》，提出人形機器人集成人工智能、高端制造、新材料等先進技術，有望成為繼計算機、智能手機、新能源汽車后的顛覆性產品，將深刻變革人類生產生活方式，重塑全球產業發展格局。中國計劃，到2025年，人形機器人創新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關鍵技術取得突破，確保核心部組件安全有效供給。整機產品達到國際先進水平，并實現批量生產，在特種、制造、民生服務等場景得到示范應用，探索形成有效的治理機制和手段。
一、人形機器人簡史
人形機器人是指外形和人類相似的機器人。它們可以通過模仿人類的外貌、動作和表情來與人類進行交互和溝通。人形機器人通常具備視覺、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習來適應不同的環境和任務。人形機器人的發展歷史可以追溯到古代，但真正的發展始于20世紀。
以下是人形機器人發展的一些重要里程碑： （1）1920年代：最早的人形機器人問世。1921年，捷克作家卡雷爾·恰佩克的戲劇《羅瑟姆的萬能機器人》中首次提到了“機器人”一詞，劇名中的“Robota”一詞被用來形容一種經過生物零部件組裝而成的生化人——為人類服務的奴隸。這個詞后來演化成了 Robot，成為人造人、機器人的代名詞。該戲劇引發了人們對于機器人概念的關注。 （2）1950年代：人類工程學研究的興起。隨著工業技術的進步，人們開始研究如何設計機器人來模仿人類的外貌和動作。這個時期的機器人主要用于工業生產線上的簡單任務。
（3）1960年代：日本機器人產業的崛起。日本成為人形機器人研發的領先國家之一。在這個時期，能夠模仿人類行走和舉起物體的機器人開始出現。
（4）1980年代：機器人技術的飛速發展。隨著計算機技術的進步，機器人的智能程度得到了提高。這個時期出現了一些具備人工智能和語音識別功能的機器人。
（5）2000年代：專用機器人的發展。除了工業和科研領域之外，人形機器人也開始應用于其他領域，如醫療、教育和娛樂等。這些機器人能夠和人類進行更復雜的互動。
（6）2010年代以來：人形機器人成為研究的熱點。人形機器人在科研和技術領域的研究得到了廣泛關注。一些具備高度復雜動作控制和情感交流能力的人形機器人開始問世。 目前，人形機器人的發展正在不斷向前推進。隨著人工智能和機器學習等領域的不斷進步，人形機器人的智能程度和逼真程度將會不斷提高，為人類生活帶來更多的便利和創新。 在中國古代，并沒有像現代科技中的機器人概念。
然而，古代中國的工藝技術卓越，曾經有些能夠以人形為模型的自動化機械器械，其中的例子有西周周穆王時的倡優跳舞機器人、唐朝倒酒機器人等。雖然這些古代的機械器械不被稱為機器人，但它們展示了中國古代人們對于自動化機械的興趣和創造力。這些機械不僅僅是藝術品或娛樂工具，更是古代科技與文化的結晶。最近，國內一些公司如小米、優必選、達闥、傅里葉、追覓、智元都在積極布局人形機器人，均普、字節跳動也擬入局機器人，探索把AI大模型能力用到機器人上。
二、人形機器人的三大關鍵技術及挑戰
（1）伺服控制。人形機器人需要具備精準的動作和姿態控制能力，以模擬人類的運動和動作。伺服控制技術可以實現對人形機器人的關節和身體部位的精細控制，使其能夠進行各種復雜的動作，如行走、跑步、跳躍等。
（2）人工智能。人形機器人需要具備人工智能的能力，以能夠感知和理解周圍環境，并做出相應的反應和決策。通過使用機器學習、深度學習等技術，人形機器人可以學習和適應不同的環境和任務，從而實現更加智能化的行為。
（3）運動控制。人形機器人的運動控制技術是實現其復雜動作和靈活移動的關鍵。運動控制技術可以確保人形機器人的穩定性和平衡性，使其能夠在不同的地形和環境中保持平衡，并進行各種動作和運動，如躲避障礙、攀爬等。為了實現高效的運動控制，通常采用傳感器和算法來監測和調整機器人的運動狀態。 上面這三大問題，進一步可分解為人形機器人研究和開發面臨的6個主要挑戰：
（1）動力和能源管理。人形機器人通常需要大量的能量來驅動各種電動關節和傳感器，因此如何實現高效的能源管理是一個重要挑戰。
（2）機械設計和運動控制。人形機器人需要具備復雜的機械結構和精確的運動控制能力，以模仿人類的運動和動作。解決這些問題需要解決動力學、運動學和控制理論等復雜問題。
（3）感知與感知處理。人形機器人需要能夠感知周圍環境和自身狀態，例如使用視覺傳感器、觸覺傳感器和聲音傳感器。同時，還需要處理這些感知數據來做出適當的決策和行為。
（4）智能決策與規劃。人形機器人需要具備智能的決策和規劃能力，能夠在不同的環境中做出正確的選擇和行為。這涉及到機器學習、人工智能和運動規劃等領域的研究。
（5）人機交互與安全性。人形機器人通常是為了與人類進行交互和合作而設計的，因此需要能夠理解人類的語言和行為，并能夠與人類進行安全的互動。確保人形機器人的安全性和用戶體驗是一個重要挑戰。
（6）成本和可用性。人形機器人的研究和開發成本通常較高，并且目前尚未有普及的消費市場。解決這些挑戰需要降低成本、提高可用性，并推動人形機器人技術的應用和商業化。
三、人形機器人感知、理解、決策的瓶頸
人形機器人感知、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，人形機器人需要建立準確的環境模型，并能夠對場景進行分析和理解。這需要借助于機器學習和推理技術，讓機器人能夠根據歷史數據和先驗知識，對當前的環境狀態和可能的動態變化進行預測和推測。人形機器人感知、理解、決策的瓶頸具體表現為：
（1）感知能力有限。人形機器人需要能夠感知周圍環境的各種信息，包括視覺、聽覺、觸覺等。然而，目前機器人的感知能力還遠遠不及人類，無法像人類一樣從復雜的場景中獲取準確的感知信息。
（2）理解語言和上下文。人形機器人需要能夠理解人類的語言和上下文信息，并從中抽取出關鍵信息。然而，自然語言理解在處理復雜的語義和語用信息時仍存在困難，機器人往往不能準確地理解人類的意圖和需求。
（3）決策能力不足。人形機器人需要能夠根據感知和理解的信息做出合理的決策。然而，在面對復雜、不確定的環境時，機器人往往難以做出準確且適應性強的決策。這涉及到機器人的推理和規劃能力的提升。
（4）社交交互能力有限。人形機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，并以適當的方式與人類進行交流。目前機器人在這方面的能力仍然有限，無法像人類一樣進行情感交流和社交互動。綜上所述，提高人形機器人的態勢感知能力需要結合傳感器技術、機器視覺算法、數據融合和處理、環境建模和場景分析以及實時決策和規劃等多種關鍵技術，這些技術的不斷發展和創新將為人形機器人的態勢感知能力提供更大的提升空間。
四、人形機器人的自主與協同
人形機器人的自主與群體協同競爭是指機器人可以在獨立執行任務的同時，在團隊中與其他機器人進行協同配合，以實現更高效的工作。 首先，人形機器人的自主競爭能力是指機器人具有獨立決策和執行任務的能力。機器人可以根據感知到的環境信息和任務目標，自主選擇行動策略，并實時調整策略以適應不同的情況。例如，在一個工廠生產線上，人形機器人可以根據傳感器獲取的數據進行分析和判斷，自動完成裝配、搬運和包裝等工作，而無需人工干預。這樣可以提高工作效率，降低勞動力成本。 其次，人形機器人的群體協同競爭能力是指多個機器人在一起工作時，能夠相互合作和協調，實現更復雜的任務。機器人之間可以通過無線通信、傳感器共享等方式進行信息交流和協作。例如，在一個物流中心，多個人形機器人可以根據指令分工合作，實現快速搬運和倉儲管理。
機器人之間可以根據彼此的位置和負荷情況進行任務分配，避免沖突和重復工作，提升整體工作效率。 在自主與群體協同競爭中，人形機器人需要具備先進的感知、決策和執行能力。感知能力可以通過視覺、聽覺、觸覺等傳感器實現，以感知環境中的障礙物、目標物體和其他機器人。決策能力可以通過機器學習和人工智能算法實現，以分析感知數據，并生成相應的行動策略。執行能力可以通過運動控制和力觸反饋等技術實現，以實現準確和靈活的行動。 人形機器人的自主與群體協同競爭將會在工業生產、物流配送等領域發揮重要作用。
通過提高機器人的自主決策能力和協同合作能力，可以提高工作效率，降低人力成本，推動社會產業的發展。人形機器人的自主程度可以分為以下幾個級別： 第一級零自主，機器人完全依賴于外部控制，無法獨立決策和執行任務。它們僅根據預先編程的指令進行動作，無法適應環境變化或處理復雜任務。 第二級有限的自主，機器人能夠通過傳感器獲取環境信息，并根據預先設定的規則和算法做出相應的決策。它們可以執行一些簡單的任務，但對于復雜的情況仍然需要人類的監督和指導。 第三級部分的自主，機器人能夠感知環境，分析和理解復雜的信息，并基于自己的判斷做出決策。
它們可以在一定范圍內獨立執行任務，并具有一定的適應性和學習能力。然而，它們仍然需要人類的指導和干預來解決更復雜的問題。 第四級高度的自主，機器人具有高級的感知和認知能力，能夠全面理解環境和任務要求，能夠根據不同情況靈活地決策和行動。它們可以在不同環境中自主執行各種任務，并能夠適應變化和學習新的知識和技能。它們可以獨立解決復雜的問題，而不需要人類的直接干預。 需要說明的是，目前人形機器人的技術仍然在發展中，大多數機器人仍處于有限自主或部分自主的階段。高度自主的人形機器人仍然是一個挑戰性的目標，需要更多的研究和技術突破才能實現。
五、人形機器人的測試與評價
總體來說，評價人形機器人需要綜合考量其交互能力、動作控制能力、感知能力、決策能力以及用戶體驗等方面的表現。同時，可以借鑒人形機器人的應用場景，對不同的任務和環境進行定制化評價。具體而言，人形機器人的測試與評價可以從以下幾個方面來考量：
（1）人機交互能力
人形機器人是否能夠與人類進行自然、流暢的交流，包括語音識別、語義理解、語音合成等能力。測試可以通過與機器人進行對話、提問、指令等方式進行。
（2）動作控制能力
人形機器人是否能夠準確地完成各種動作與姿勢，如走路、跑步、跳躍、抓取物品、握手等。測試可以通過觀察機器人的動作執行情況來評價。
（3）感知能力
人形機器人是否能夠準確感知周圍環境的人和物體，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器人的感知能力。
（4）智能決策能力
人形機器人是否能夠根據周圍環境和任務需求做出智能決策，包括路徑規劃、任務分配、問題解決等。測試可以通過給機器人不同的任務或情境來考察其決策能力。
（5）用戶體驗評價
人形機器人的外觀、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。可以通過用戶調查、反饋等方式進行評價。 總而言之，人形機器人可以被視為一個典型的人機環境生態系統，包括人形機器人、人類用戶和周圍的環境。人形機器人作為機器人智能化技術的體現，通過傳感器、處理器和執行器等技術來感知、處理和響應環境的變化。它可以與人類用戶進行交互，通過語音識別、圖像識別、姿勢識別等技術進行溝通和理解人類的意圖。人形機器人還可以與環境互動，通過移動、抓取和操作等方式來完成任務。
人形機器人和人類用戶的交互是人機環境生態系統的重要組成部分。通過與人形機器人的交互，人類用戶可以向其傳達指令、提供信息，并從中獲取服務和反饋。人形機器人可以根據人類用戶的需求和意圖來做出相應的行為，提供相關的服務和支持。周圍的環境也影響著人形機器人的行為和性能。環境中的物體、場景和其他人類用戶的存在都會對人形機器人的感知和決策產生影響。同時，人形機器人也可以通過與環境互動來獲取信息和執行任務。因此，人形機器人可以被視為一個典型的人機環境生態系統，其中機器人、人類用戶和環境之間相互作用，共同構成一個復雜且動態的生態系統。
審核編輯：黃飛
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