Rexpresso Vol. 19

之前如果我们想象一下，有朝一日，机器人可以像人类一样行走、说话，甚至参加马拉松比赛，那一定是很酷的。如今，这些场景都逐渐变成现实。前不久举办的北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松以及Rex刚刚参加的世界人形机器人运动会上，这些场景都变成了现实。如今，人型机器人在我们身边工作的场景已不再是科幻。

本期Rexpresso，我们将探讨：人形机器人与传统机器人的区别是什么，目前哪些工程难题需要克服，以及它们未来如何走向产业化。

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01:05 形态：为什么外形重要

人形机器人的外形和功能都模仿人类。它通常有一个头、躯干、两只胳膊和两条腿，使其能够像人一样行走、保持平衡并抓取物体。比如，本田的ASIMO或波士顿动力的Atlas仿人机器人，看起来很像人，可以拾放物品、爬楼梯，甚至跳舞。相比之下，传统工业机器人通常形状迥异：它们往往由固定的底座或平台和机械臂（或轮子）组成，根本不模拟人类外观。这些工业机器人擅长在工厂完成特定任务——如焊接、喷漆或搬运重物，以极高的速度和精度重复作业。

从功能上看，人形机器人和工业机器人的应用场景也有差异。人形机器人设计用来在人类日常活动的环境中工作，这类环境经常变换，不是很可预见。它们需要安装摄像头、触觉和力觉传感器，并用先进的人工智能分析周围环境，实时决定下一步动作。例如，人形机器人可能帮助做家务、照护老人，或在商店里为顾客服务——这些任务要求机器人随环境变化灵活应对。传统机器人则通常在可控的环境中运行。一台工业机械臂在生产线上被编程为精确运动，在车间中执行固定的搬运或装配任务。换句话说，工业机器人强调在固定条件下高速度、高精度的重复执行，而人形机器人强调在动态、以人为中心的环境中灵活适应和人机交互。

另一个关键区别在控制方式。现有工业机器人通常由较为简单的程序或PLC（可编程逻辑控制器）控制，只需沿预定路径重复执行任务。相比之下，人形机器人需要非常复杂的人工智能和动态平衡控制技术。使双足机器人在行走时保持直立，就非常挑战性的控制问题，而这种问题在轮式或固定式机器人中不存在。人形机器人需要来自大量传感器（陀螺仪、压力垫等）的实时反馈，以及复杂的算法（如零力矩点控制、深度学习网络等）才能走路不跌倒。这使人形机器人的控制远比传统机器人复杂。但人形机器人的优点是其类人的形态：它可以使用专门为人设计的工具、门把手或座椅——这些是普通的机械臂或叉车无法做到的。

03:50 感知：人型机器人需要克服的挑战

制造真实可用的人形机器人存在诸多工程难题。首先，双腿行走的平衡控制极其复杂。机器人的每条腿上都需要多个关节协调动作，如果被推了一下或踩到凹凸不平的地面就有可能摔倒。工程师们采用先进的控制算法来保持机器人直立，但要实现像人那样完美的双足步态仍很困难。（相比之下，轮式机器人只要控制方向，不用担心摔倒。）因此，人形机器人的机械设计必须非常精良——通常需要刚性较大的结构和精确的执行器——才能维持平衡。而且在安全层面，人形机器人也不同。传统工业机器人遇到紧急停止时会立即锁死关节，但如果人形机器人突然锁死所有关节，它会因为无法控制中心平衡而摔倒。因此，需要为人形机器人制定新的安全规则，若瞬间切断动力，这类靠动态平衡维持姿态的机器人很可能会倒下。

第二，大量的感知和人工智能能力是人形机器人所需。它们通常配备多个摄像头、激光雷达、深度传感器、麦克风，以及力/扭矩传感器，还有理想情况下在手脚上的敏感“皮肤”触觉传感器。机器人必须实时整合所有这些数据来理解周围环境。目前的机器人一般采用机器学习和强化学习算法来建图、改进步态和抓取。然而，这些模型还远不够完善。正如一篇报道分析指出的，仿人机器人“还未被训练好去正确感知现实世界”，因为要模仿人类精细的动作需要海量数据，这方面的数据目前还非常有限。英伟达等公司正在通过创建模拟环境数据集来训练机器人所需的AI“大脑”，但要在混乱多变的现实环境中实现可靠的视觉识别和触觉反馈，仍有不少难题。

第三，动力系统和电池也是瓶颈。一个人形机器人为了抬腿、驱动各关节以及运行电脑，需要消耗大量能量。高能量电池可以延长续航，但高容量电池又很重，会增加机器人的自重。目前，绝大多数全尺寸人形机器人每次充电只能工作几小时。例如，Agility Robotics的Digit配备约1.2千瓦时的电池，可支持大约4小时的运行，其他机器人通常也是工作2到3小时就要充电。再看中国Unitree公司开发的H1人形机器人，它使用了864 Wh（0.864 kWh）的电池，机器人重量约47公斤。这样的能耗要求意味着工程师在重量、动力和性能之间必须做艰难权衡。业内普遍认为，只有电池能量密度有显著突破（如未来固态电池技术）才能让机器人续航更久、执行复杂任务。

成本也是一大障碍。打造一台人形机器人需要大量高端部件：定制的马达和执行器、多种传感器、强劲的处理器以及复杂的人工智能系统。这些部件目前都很昂贵。因此，现在的人形机器人价格很高。据报道，到2025年，市面上全尺寸通用人形机器人的价格一般以万美元计——常见报价约为5万到15万美元。（相比之下，同样功能的专用搬运车或机械臂便宜得多。）当然，也有低成本样机面世：例如Unitree推出的G1机器人售价不到2万美元，引起了广泛关注。不过，要实现大规模应用，价格必须大幅下降。业内普遍认为，需要通过规模化生产和简化设计来压缩成本。

总之，人形机器人必须同时解决平衡生物力学、复杂感知与人工智能，以及电力和成本等多重问题。这也是特斯拉、Figure等公司的人形机器人目前大多处于开发和测试阶段的原因。例如，特斯拉的Optimus机器人身高约5英尺8英寸（173厘米），重约125磅（57公斤），可以负重约20公斤。Figure公司的Figure 01高约168厘米，重60公斤，也可举升约20公斤物体，内置电池能运行约5小时。Agility Robotics的Digit高约175厘米，重65公斤，配备1.2千瓦时电池（运行时间约4小时），最大载重约16公斤。Unitree的H1身高180厘米、重量47公斤，最高跑速约3.3米/秒（创造了类人机器人世界纪录），内置864 Wh电池。这些例子表明，虽然现今的人形机器人已相当强大，但它们的续航、负载和能力仍受到电力、重量和成本等严苛限制。

09:01 规模：从实验到规模化

展望未来，专家预测人形机器人将从实验室走向更多产业。尽管预测各有不同，但有分析称，到2035年人形机器人市场规模或达380亿美元，未来十年全球出货量可能以数千万计。各大公司也在为量产做准备。例如，美国Figure公司正在建造一个“BotQ”工厂，计划年产1.2万台人形机器人，并且未来让机器人参与造机器人。特斯拉方面，马斯克宣布2025年将在特斯拉工厂小批量生产Optimus机器人，并计划此后向外供应。Agility Robotics则投资建厂，每年可生产1万台Digit以应对市场需求。中国方面，Unitree以一款低成本机器人震撼业界，其他新公司（如小米、佳格科技、Agility中国等）也在布局这个领域。总之，人形机器人已经站在产业化的边缘。

最初的应用场景可能是工厂和物流，随后才会进入服务和护理领域。目前，已有机器人在仓储和生产中接受测试：Agility的Digit已在亚马逊仓库值班，用于搬运货物；Figure的机器人也开始在宝马工厂试运行，据报道在某些任务上已显著优于初期测试。在制造业，人形机器人未来可以在电动汽车工厂和其他装配线上搬运、组装零部件。在仓储中，它们有望使用现有的货架和输送系统来拣货分类。在日常生活中，我们或许会看到机器人在零售业（如在超市整理货架或帮助购物）、在酒店餐饮行业（服务宾客）、以及医疗保健（协助搬运病人或监测生命体征）等场景中工作。实际上，像软银的Pepper（带有情感识别传感器）和Hanson Robotics的Sophia（使用自然语言处理与人交流）等机器人已初步展示了它们在社交和服务领域的潜力。不过，要让机器人在家庭或护理环境中广泛使用，还需要大幅提升其可靠性和安全性。

随着机器人变得普遍，社会将面临新的机遇和挑战。一方面，人形机器人能取代危险或枯燥的工作，提高工作场所的安全性，让人们从繁重劳动中解放出来，从事更高层次的工作。新的职业也会出现——不仅仅是机器人操作员，还会有机器人训练师、维护专家、人机协作师等。有研究认为，当机器人处理重复性任务后，人们的工作会变得更有价值。另一方面，道德和社会问题也随之而来。调查显示，人们最担心的依然是机器人取代人类就业。此外，人们担忧隐私安全（机器人会处理大量个人数据）、责任归属（机器人造成损害时谁来负责）以及机器人对人际关系的影响。例如，有专家提醒，如果将人形机器人用于监控或军事用途，可能会侵犯人权；过度拟人化的机器人可能在不经意间强化社会偏见，甚至降低人与人之间的互动。因此，政策制定者和工程师正讨论如何设立“护栏” —— 新的法规和标准，确保机器人系统安全、透明、符合伦理。一些研究也指出，用户最关心机器人是否可信且安全；如果不觉得机器人安全，用户就不会愿意使用它。

总之，人形机器人正在快速发展，但要让它们真正走进日常生活，还有许多工作要做。我们已经了解了它们与传统机器人的区别、当前正在解决的技术难题，以及即将到来的各类应用场景。随着技术的成熟，它们有望改变制造业、物流、医疗和服务业等领域。同时，我们也必须考虑经济和社会层面的影响和伦理问题。人形机器人时代带来了许多潜在好处——更安全的工作环境、对老龄化社会的照顾帮手、甚至新的娱乐形式——但这需要我们为其发展制定合理的规则。在这个激动人心的旅程中，我们正在学着与未来的“机器人同事”共同生活和工作。

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