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人形機器人：用高精尖技術塑造人類的新伙伴
2024/03/08 09:30 來源：科技日報 閱讀：1.6萬
人形機器人在智能制造場景下,，自主協(xié)同完成工具收納任務。 中國科學院自動化研究所供圖
近日,，一條“人形機器人進廠‘打工’”的視頻引發(fā)網友熱議,。視頻中，人形機器人順利完成汽車門鎖質檢,、安全帶檢測,、車燈蓋板質檢等工作，還以柔順的動作極其流暢地貼好了車標,。整個過程中,，人形機器人展現出精巧的身體控制能力。
這只是人形機器人走向實際應用的一個案例,。近年來,，人形機器人技術加速演進，已成為科技競爭的新高地,、經濟發(fā)展的新引擎,?！邦^腦”聰明、“四肢”靈活的人形機器人正成為未來產業(yè)的新賽道,。公開數據顯示,，到2035年，人形機器人市場有望達到1540億美元,。
為什么要大力發(fā)展人形機器人產業(yè),，人形機器人與其他機器人有什么不同，實現人形機器人產業(yè)高質量發(fā)展還需要解決哪些難題,？帶著這些問題,，科技日報記者采訪了相關專家。
重塑全球產業(yè)發(fā)展格局
智能機器人作為新興技術的重要載體和現代產業(yè)的關鍵裝備,，是引領產業(yè)數字化,、智能化發(fā)展，不斷孕育新產業(yè),、新模式,、新業(yè)態(tài)的戰(zhàn)略方向，是重塑我國制造業(yè)競爭優(yōu)勢的重要工具和手段,，是加快我國工業(yè)轉型升級的現實選擇,。
“人形機器人是人工智能在物理空間的重要體現和關鍵裝備，是實體通用人工智能系統(tǒng)的典型代表,。它是繼計算機,、智能手機、新能源汽車后的顛覆性平臺產品,，將成為引領產業(yè)數字化發(fā)展,、智能化升級的新質生產力，有望持續(xù)催生新產業(yè),、新模式,、新業(yè)態(tài)?！?月28日,，全國政協(xié)委員、中國科學院院士,、中國科學院自動化研究所研究員喬紅在接受記者采訪時表示,。
作為一種模仿人類外觀、形態(tài)和行為能力的智能機器人,，人形機器人可以無縫使用人類所有基礎設施和工具,，融入人類社會，通過AI賦能，可實現自然的語言交互與行為動作,。其形態(tài),、交流、工作能力均像工人,。因此在航空航天,、智能制造、農業(yè)生產,、家庭服務等不同領域,、不同場景中均有廣泛的應用前景，有望顛覆一些領域現有的發(fā)展格局,?！斑@是人形機器人區(qū)別于其他專用型工業(yè)機器人的顯著特征?！敝袊茖W院自動化研究所博士鐘汕林說,。
相比普通的工業(yè)機器人和服務機器人,，人形機器人在結構設計,、硬件構成、控制算法,、核心性能要求以及零部件選擇方面,，都有很大的差異?！氨热?，普通工業(yè)機器人的關節(jié)數量一般在6個左右，而人形機器人關節(jié)數量在40個以上,。通常人形機器人的每個關節(jié)需要一臺伺服電機,，部分與行走平衡相關的關節(jié)對電機的高爆發(fā)力矩響應和穩(wěn)定力矩輸出提出了極高的要求?！辩娚橇峙e例說,。
2023年底，為推動人形機器人產業(yè)高質量發(fā)展,，培育新質生產力,，高水平賦能新型工業(yè)化，工業(yè)和信息化部印發(fā)《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導意見》（以下簡稱《指導意見》）,。
《指導意見》提出,，到2025年，人形機器人創(chuàng)新體系初步建立,?！按竽X”“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,；在民生服務等場景得到示范應用。到2027年,，人形機器人技術創(chuàng)新能力顯著提升,，形成安全可靠的產業(yè)鏈和供應鏈體系，構建具有國際競爭力的產業(yè)生態(tài),，綜合實力達到世界先進水平,。
業(yè)內專家認為，高科技,、高效能,、高質量是新質生產力的重要特征，其核心標志是全要素生產率的大幅提升,。通過自主創(chuàng)新突破實體通用人工智能系統(tǒng)基礎理論與關鍵技術,，將人工智能與人形機器人深度融合，打通‘大腦—小腦—肢體’環(huán)路,，對推動實體經濟各產業(yè)優(yōu)化升級,、解決新質生產力落地應用所面臨的行業(yè)多、場景多,、任務多等復雜問題具有積極意義,。
諸多技術難題需要攻克
當前，人形機器人產業(yè)智能化趨勢明顯,，產業(yè)化進程加速,，應用領域日益廣泛，更多的行業(yè)標準和開放平臺也在逐步建立,。
在看到成績的同時,，我們也要清楚地認識到，我國人形機器人產業(yè)發(fā)展還面臨多重挑戰(zhàn),。
“人形機器人從研發(fā)走向廣泛應用,，需要達到高性能、低成本,、批量化三個要求,。”中國科學院自動化研究所研究員劉禹說,，一方面,，高性能和低成本是相互制約的兩個因素。如何讓具有40多個自由度,、平均體積與人相當的復雜人形機器人系統(tǒng)精準完成各類任務,，同時將整機成本控制在25萬元以內，是一個重要挑戰(zhàn)。另一方面,，批量化與穩(wěn)定性相互制約,。在如此多類型、多組件的復雜系統(tǒng)中,，如何克服由于各類零部件制造誤差造成的不確定性,，使批量生產的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，也是一個關鍵難點,。
目前,，減速器、伺服電機,、控制器等核心零部件占機器人整機成本的70%以上,。“我們需要攻關輕量化骨骼,、高強度本體結構,、高精度傳感、全身協(xié)調運動控制和手臂動態(tài)抓取靈巧作業(yè)等技術,，以滿足人形機器人高動態(tài),、高爆發(fā)和高精度等運動性能需求，打造具有高安全,、高可靠,、高環(huán)境適應性的人形機器人本體結構。這是我國當前在核心零部件方面需要著力突破的關鍵瓶頸,。”劉禹說,。
與人類一樣,，人形機器人也有“大腦”和“小腦”。劉禹表示：“當前,，我們還需要面向人形機器人復雜地形通過,、全身協(xié)同精細作業(yè)等任務需求，攻克控制人形機器人運動的‘小腦’關鍵技術群,；同時增強人形機器人的環(huán)境感知,、行為控制、人機交互能力,；攻克支撐人形機器人全場景落地應用的‘大腦’關鍵技術群,。”
在系統(tǒng)集成方面,，如何將感知,、認知、決策、控制等軟件算法與傳感,、機械,、材料等硬件系統(tǒng)有機融合，形成整體性能高于單元器件性能的軟硬件一體化綜合系統(tǒng),，也是國內外人形機器人相關研究人員面臨的共同挑戰(zhàn),。
在劉禹看來，人腦信息處理方式以及人體運動結構機理,，對于在有限傳感精度和有限本體精度條件下,，構建高性能人形機器人系統(tǒng)具有重要借鑒意義，能夠有效彌補我國在人形機器人硬件系統(tǒng)方面的不足,。
未來產業(yè)應用前景廣闊
總體來看,，我國有良好的制造業(yè)基礎和完整的產業(yè)鏈，既有能力為人形機器人的發(fā)展提供技術保障,，又有能力為人形機器人提供廣闊的產業(yè)應用場景,。
近日，在中國科學院,、工業(yè)和信息化部,、北京市政府的支持下，中國科學院自動化研究所人形機器人攻關團隊自主研發(fā),，突破了高爆發(fā)一體化關節(jié),、AI賦能設計、機器人大模型,、類人柔順控制等核心技術,。團隊還成功研制出人形機器人硬件設計和軟件開發(fā)“大工廠”，通過它可以快速設計構建人形機器人硬件和軟件系統(tǒng),，大幅度縮短現有研發(fā)周期,，進而向搶占實體通用人工智能系統(tǒng)科技制高點邁出堅實一步。中國科學院自動化研究所人形機器人攻關團隊技術骨干李睿表示：“通過軟硬融合的方式研發(fā)核心零部件,，是攻克人形機器人卡脖子技術,、打造實體通用人工智能系統(tǒng)的關鍵?！?/span>
目前,，北京等地已組建了人形機器人創(chuàng)新中心。這些創(chuàng)新中心充分發(fā)揮科研機構,、企業(yè)等的優(yōu)勢共融發(fā)展,，將有助于培育我國人形機器人這一新質生產力，為新型工業(yè)化提供高水平支撐,，并推動人形機器人產業(yè)實現高質量發(fā)展,。
同時,，在政策支持下，我國人形機器人的應用場景也在持續(xù)開放,。人形機器人在工業(yè)制造,、醫(yī)療、服務,、救援等眾多領域展現出巨大的潛力,。未來人形機器人必將成為人類的得力助手和伙伴，為人類帶來更多便利,。
喬紅認為,，未來人形機器人產業(yè)生態(tài)首先將聚焦3C、汽車等制造業(yè)重點領域,，通過提升人形機器人工具操作與任務執(zhí)行能力,，打造人形機器人示范產線和工廠，在智能制造典型場景實現深度應用,。
其次,，人形機器人產業(yè)生態(tài)將面向惡劣條件、危險場景作業(yè)等需求,，在要地警戒守衛(wèi),、民爆、救援等特種環(huán)境下,，通過強化人形機器人本體安全防護能力,、復雜任務智慧生成與高精度操作能力，大幅度降低作業(yè)人員的危險性,。
最后,，通過提升人形機器人人機交互可靠性和安全性，還可以拓展人形機器人在醫(yī)療,、家政等民生領域的應用,，并推動人形機器人在農業(yè)、物流等重點行業(yè)應用落地,。
隨著日新月異的技術迭代，未來人形機器人將變得更加低成本和實用化,。未來幾年內,，可以感知、理解環(huán)境以及與人類進行自然語言互動的人形機器人將出現在我們身邊,。