人形機器人在智能制造場景下，自主協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、經濟發展的新引擎。“頭腦”聰明、“四肢”靈活的人形機器人正成為未來產業的新賽道。公開數據顯示，到2035年，人形機器人市場有望達到1540億美元。
為什么要大力發展人形機器人產業，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高質量發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。
重塑全球產業發展格局
智能機器人作為新興技術的重要載體和現代產業的關鍵裝備，是引領產業數字化、智能化發展，不斷孕育新產業、新模式、新業態的戰略方向，是重塑我國制造業競爭優勢的重要工具和手段，是加快我國工業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，將成為引領產業數字化發展、智能化升級的新質生產力，有望持續催生新產業、新模式、新業態。”2月28日，全國政協委員、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、交流、工作能力均像工人。因此在航空航天、智能制造、農業生產、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展格局。“這是人形機器人區別于其他專用型工業機器人的顯著特征。”中國科學院自動化研究所博士鐘汕林說。
相比普通的工業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。“比如，普通工業機器人的關節數量一般在6個左右，而人形機器人關節數量在40個以上。通常人形機器人的每個關節需要一臺伺服電機，部分與行走平衡相關的關節對電機的高爆發力矩響應和穩定力矩輸出提出了極高的要求。”鐘汕林舉例說。
2023年底，為推動人形機器人產業高質量發展，培育新質生產力，高水平賦能新型工業化，工業和信息化部印發《人形機器人創新發展指導意見》（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；在民生服務等場景得到示范應用。到2027年，人形機器人技術創新能力顯著提升，形成安全可靠的產業鏈和供應鏈體系，構建具有國際競爭力的產業生態，綜合實力達到世界先進水平。
業內專家認為，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。通過自主創新突破實體通用人工智能系統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’環路，對推動實體經濟各產業優化升級、解決新質生產力落地應用所面臨的行業多、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，人形機器人產業智能化趨勢明顯，產業化進程加速，應用領域日益廣泛，更多的行業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發展還面臨多重挑戰。
“人形機器人從研發走向廣泛應用，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。另一方面，批量化與穩定性相互制約。在如此多類型、多組件的復雜系統中，如何克服由于各類零部件制造誤差造成的不確定性，使批量生產的系統能夠穩定工作，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、全身協調運動控制和手臂動態抓取靈巧作業等技術，以滿足人形機器人高動態、高爆發和高精度等運動性能需求，打造具有高安全、高可靠、高環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、全身協同精細作業等任務需求，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，也是國內外人形機器人相關研究人員面臨的共同挑戰。
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方面的不足。
未來產業應用前景廣闊
總體來看，我國有良好的制造業基礎和完整的產業鏈，既有能力為人形機器人的發展提供技術保障，又有能力為人形機器人提供廣闊的產業應用場景。
近日，在中國科學院、工業和信息化部、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，突破了高爆發一體化關節、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“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，大幅度縮短現有研發周期，進而向搶占實體通用人工智能系統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的關鍵。”
目前，北京等地已組建了人形機器人創新中心。這些創新中心充分發揮科研機構、企業等的優勢共融發展，將有助于培育我國人形機器人這一新質生產力，為新型工業化提供高水平支撐，并推動人形機器人產業實現高質量發展。
同時，在政策支持下，我國人形機器人的應用場景也在持續開放。人形機器人在工業制造、醫療、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生態首先將聚焦3C、汽車等制造業重點領域，通過提升人形機器人工具操作與任務執行能力，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，人形機器人產業生態將面向惡劣條件、危險場景作業等需求，在要地警戒守衛、民爆、救援等特種環境下，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療、家政等民生領域的應用，并推動人形機器人在農業、物流等重點行業應用落地。
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。
人形機器人在智能制造場景下，自主協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、經濟發展的新引擎。“頭腦”聰明、“四肢”靈活的人形機器人正成為未來產業的新賽道。公開數據顯示，到2035年，人形機器人市場有望達到1540億美元。
為什么要大力發展人形機器人產業，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高質量發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。
重塑全球產業發展格局
智能機器人作為新興技術的重要載體和現代產業的關鍵裝備，是引領產業數字化、智能化發展，不斷孕育新產業、新模式、新業態的戰略方向，是重塑我國制造業競爭優勢的重要工具和手段，是加快我國工業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，將成為引領產業數字化發展、智能化升級的新質生產力，有望持續催生新產業、新模式、新業態。”2月28日，全國政協委員、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、交流、工作能力均像工人。因此在航空航天、智能制造、農業生產、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展格局。“這是人形機器人區別于其他專用型工業機器人的顯著特征。”中國科學院自動化研究所博士鐘汕林說。
相比普通的工業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。“比如，普通工業機器人的關節數量一般在6個左右，而人形機器人關節數量在40個以上。通常人形機器人的每個關節需要一臺伺服電機，部分與行走平衡相關的關節對電機的高爆發力矩響應和穩定力矩輸出提出了極高的要求。”鐘汕林舉例說。
2023年底，為推動人形機器人產業高質量發展，培育新質生產力，高水平賦能新型工業化，工業和信息化部印發《人形機器人創新發展指導意見》（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；在民生服務等場景得到示范應用。到2027年，人形機器人技術創新能力顯著提升，形成安全可靠的產業鏈和供應鏈體系，構建具有國際競爭力的產業生態，綜合實力達到世界先進水平。
業內專家認為，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。通過自主創新突破實體通用人工智能系統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’環路，對推動實體經濟各產業優化升級、解決新質生產力落地應用所面臨的行業多、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，人形機器人產業智能化趨勢明顯，產業化進程加速，應用領域日益廣泛，更多的行業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發展還面臨多重挑戰。
“人形機器人從研發走向廣泛應用，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。另一方面，批量化與穩定性相互制約。在如此多類型、多組件的復雜系統中，如何克服由于各類零部件制造誤差造成的不確定性，使批量生產的系統能夠穩定工作，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、全身協調運動控制和手臂動態抓取靈巧作業等技術，以滿足人形機器人高動態、高爆發和高精度等運動性能需求，打造具有高安全、高可靠、高環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、全身協同精細作業等任務需求，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，也是國內外人形機器人相關研究人員面臨的共同挑戰。
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方面的不足。
未來產業應用前景廣闊
總體來看，我國有良好的制造業基礎和完整的產業鏈，既有能力為人形機器人的發展提供技術保障，又有能力為人形機器人提供廣闊的產業應用場景。
近日，在中國科學院、工業和信息化部、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，突破了高爆發一體化關節、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“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，大幅度縮短現有研發周期，進而向搶占實體通用人工智能系統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的關鍵。”
目前，北京等地已組建了人形機器人創新中心。這些創新中心充分發揮科研機構、企業等的優勢共融發展，將有助于培育我國人形機器人這一新質生產力，為新型工業化提供高水平支撐，并推動人形機器人產業實現高質量發展。
同時，在政策支持下，我國人形機器人的應用場景也在持續開放。人形機器人在工業制造、醫療、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生態首先將聚焦3C、汽車等制造業重點領域，通過提升人形機器人工具操作與任務執行能力，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，人形機器人產業生態將面向惡劣條件、危險場景作業等需求，在要地警戒守衛、民爆、救援等特種環境下，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療、家政等民生領域的應用，并推動人形機器人在農業、物流等重點行業應用落地。
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。
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