人形機(jī)器人走向何方
在全球追逐的“新質(zhì)生產(chǎn)力”中，人形機(jī)器人是擺脫傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、生產(chǎn)力發(fā)展路徑的核心要素之一。
本報(bào)記者 彭德倩
近日傳出信息，英偉達(dá)、微軟、OpenAI等正共同投資一家人形機(jī)器人初創(chuàng)科技企業(yè)Figure AI。與此同時(shí)，另有多家大型科技公司在該領(lǐng)域落子布局。
幾個(gè)月前，我國(guó)發(fā)布的《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》明確時(shí)間表：到2027年，人形機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升，相關(guān)產(chǎn)品深度融入實(shí)體經(jīng)濟(jì)，成為重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新引擎。
業(yè)界已有共識(shí)，人形機(jī)器人這一集成人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)的新質(zhì)生產(chǎn)力載體，將對(duì)社會(huì)產(chǎn)業(yè)變革和全球競(jìng)爭(zhēng)格局產(chǎn)生顛覆性影響。
在全球視野中，它有著怎樣的發(fā)展脈絡(luò)？未來(lái)，人形機(jī)器人走向何方？
新質(zhì)生產(chǎn)力載體
多方必爭(zhēng)之地
“給我一個(gè)紫色的球。”人形機(jī)器人HRP-2接到實(shí)驗(yàn)員的指令。
從57米的高度，人形機(jī)器人HRP-2看著下方的桌子，桌面上分別放了2個(gè)紅色和綠色的球，機(jī)器人回答：“我看不見它。”
實(shí)驗(yàn)員發(fā)出指令：“繼續(xù)尋找。”
這是2008年春發(fā)生在圖盧茲法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心系統(tǒng)分析與架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室中的一幕。
人們對(duì)人形機(jī)器人的理念并不陌生。它作為一種旨在模仿人類外觀和行為的機(jī)器人，尤其特指具有和人類相似肌體的種類，很早以前便出現(xiàn)在科學(xué)幻想領(lǐng)域。然而，隨著工程機(jī)械、機(jī)器學(xué)習(xí)，特別是人工智能的發(fā)展，近年來(lái)，人形機(jī)器人理論功能進(jìn)一步拓展，并直接上升為國(guó)家、企業(yè)的必爭(zhēng)之地。
在全球追逐的“新質(zhì)生產(chǎn)力”中，一個(gè)具備人工智能且在物理形態(tài)上可以無(wú)限突破人類極限的設(shè)備，便是擺脫傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、生產(chǎn)力發(fā)展路徑的核心要素之一。
去年在上海舉行的世界人工智能大會(huì)上，特斯拉CEO馬斯克就此談及，“地球上機(jī)器人的數(shù)量將超過(guò)人類，人形機(jī)器人將取代人類勞動(dòng)中重復(fù)、無(wú)聊且危險(xiǎn)的工作”。
此言一出驚世駭俗，細(xì)想?yún)s在情理之中。與之相呼應(yīng)的是國(guó)內(nèi)企業(yè)傅利葉智能現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布GR-1通用人形機(jī)器人――身高1.65米，體重55公斤，全身自由度達(dá)40個(gè)，最大關(guān)節(jié)模組峰值扭矩可達(dá)300牛?米，步行速度可達(dá)到每小時(shí)5公里，負(fù)重50公斤，具備快速行走、敏捷避障、穩(wěn)健上下坡、抗沖擊干擾等運(yùn)動(dòng)功能。結(jié)合認(rèn)知智能，它能夠與人協(xié)同完成動(dòng)作，在工業(yè)、康復(fù)、居家、科研等多應(yīng)用場(chǎng)景具備潛能。
看得見摸得到的實(shí)物，為“狂言”增添了可信度。
上溯人形機(jī)器人的歷史，其誕生可以追溯到15世紀(jì)的達(dá)?芬奇時(shí)代，現(xiàn)代意義上的類人機(jī)器人研制源自20世紀(jì)上半葉的美國(guó)，但真正深入的研究則始于20世紀(jì)60年代。
自那時(shí)算起，迄今為止人形機(jī)器人的發(fā)展可分為四個(gè)階段。第一階段是以日本早稻田大學(xué)打造的WABOT-1為代表的全尺寸機(jī)初步行走階段；第二階段是以本田人形機(jī)器人等為代表的系統(tǒng)高度集成的能力破冰時(shí)期；第三階段是以強(qiáng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)能力為特征的技術(shù)突破發(fā)展階段，突出代表者為波士頓動(dòng)力Atlas；第四階段是以特斯拉Optimus機(jī)器人為代表的產(chǎn)業(yè)化落地階段，該階段尚處于發(fā)展前期。
1972年，日本早稻田大學(xué)制造出的WABOT-1機(jī)器人，是世界上第一臺(tái)全尺寸人形機(jī)器人，能用日語(yǔ)與人交流，能抓握和運(yùn)輸物體。后繼者WABOT-2還能夠讀取樂(lè)譜并彈奏電子鍵盤。
由于人形機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)的集大成者和戰(zhàn)略制高點(diǎn)，美、韓、德、意、法、俄等國(guó)家紛紛開展了人形機(jī)器人研究。最具代表性的當(dāng)數(shù)日本本田研制的ASIMO機(jī)器人和美國(guó)波士頓動(dòng)力研制的Atlas機(jī)器人。ASIMO和Atlas在技術(shù)路線上分別是電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)，位置控制和動(dòng)態(tài)力控的典型代表。
日本本田在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密傳動(dòng)、實(shí)時(shí)控制、步態(tài)規(guī)劃、平衡控制等方面取得了系列突破，于2000年基于仿人機(jī)器人P2推出ASIMO機(jī)器人。ASIMO身高1.3米，體重48公斤，具備智能交互和靈活行走等功能，手部可完成端茶、擰瓶、倒水等基本動(dòng)作；腿部具備行走、跑步、單/雙腳跳，以及上下樓梯等能力，最高運(yùn)動(dòng)速度9km/h，但對(duì)未知不平整地面和未知擾動(dòng)適應(yīng)性差。
2018年，本田宣布停止繼續(xù)開發(fā)ASIMO，但仍在組織開發(fā)新一代人形機(jī)器人。
2013年，波士頓動(dòng)力發(fā)布了初代Atlas機(jī)器人。Atlas由外置電驅(qū)動(dòng)液壓動(dòng)力系統(tǒng)提供動(dòng)力，高1.83米，全身28個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)碎石路面下的穩(wěn)定行走。2016年，波士頓動(dòng)力公布了新一代Atlas機(jī)器人，配備機(jī)載液壓動(dòng)力系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)雪地、山地行走，以及倒地后的快速起身，表現(xiàn)出了優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)靈活性，同時(shí)展現(xiàn)了雙臂協(xié)同搬運(yùn)重物的操作能力。
2017年，它完成了立定跳躍、跳高、跳轉(zhuǎn)身和后空翻等動(dòng)作；2019年完成了一套高難度體操動(dòng)作(慢起手倒立、前滾翻、前空翻、原地180°空中轉(zhuǎn)體、分腿跳、360°空中轉(zhuǎn)體)；此后，企業(yè)又陸續(xù)發(fā)布了酷跑、三連跳、全身協(xié)調(diào)操作任務(wù)等新功能。目前，波士頓動(dòng)力Atlas被公認(rèn)為運(yùn)動(dòng)性能最強(qiáng)的人形機(jī)器人。
2022年10月1日，特斯拉發(fā)布人形機(jī)器人Optimus原型機(jī)。Optimus身高約1.73米，重約56公斤，在汽車工廠可以進(jìn)行搬運(yùn)、給植物澆水、移動(dòng)金屬棒。該機(jī)器人運(yùn)用特斯拉最先進(jìn)的人工智能技術(shù)和算力極強(qiáng)的DOJO D1超級(jí)計(jì)算芯片，共用特斯拉“完全自動(dòng)駕駛”系統(tǒng)，延續(xù)純視覺感知解決方案，具有低成本、強(qiáng)智能、多場(chǎng)景運(yùn)用、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)將在家庭和工業(yè)等場(chǎng)景開展應(yīng)用。
具身智能
讓AI進(jìn)入物理世界
人類多年的研究實(shí)踐，使人形機(jī)器人成為集機(jī)械、電子、材料、傳感器甚至人機(jī)協(xié)作等多門技術(shù)學(xué)科于一體的高精尖領(lǐng)域，對(duì)周遭環(huán)境感知、硬件本體設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制能力等有著近乎極致的整合要求，并逐步形成復(fù)雜的跨領(lǐng)域高精尖產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)絡(luò)。
目前，處于一線水準(zhǔn)的人形機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)的本體能力有：在特定區(qū)域內(nèi)緩慢行走并探索、記憶環(huán)境；通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制能力，較精確把控動(dòng)作力度大小；自主學(xué)習(xí)人類動(dòng)作(如抓取地上不同形態(tài)的物體)的模擬數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)動(dòng)作行為的模仿等。
有研究認(rèn)為，人形機(jī)器人的初步應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋特種領(lǐng)域、制造業(yè)典型場(chǎng)景、民生及重點(diǎn)行業(yè)，需要進(jìn)一步強(qiáng)化的功能有三――
一是強(qiáng)化復(fù)雜環(huán)境下本體控制、快速移動(dòng)、精確感知等能力。
二是聚焦3C、汽車等制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域，提升人形機(jī)器人工具操作與任務(wù)執(zhí)行能力。
三是拓展人形機(jī)器人在醫(yī)療、家政等民生領(lǐng)域服務(wù)應(yīng)用，滿足生命健康、陪伴護(hù)理等高品質(zhì)生活需求，推動(dòng)人形機(jī)器人在農(nóng)業(yè)、物流等重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用落地，提升人機(jī)交互、靈巧抓取、分揀搬運(yùn)、智能配送等作業(yè)能力。
未來(lái)，人形機(jī)器人將成為人類生產(chǎn)生活的重要參與者，并進(jìn)一步成為衡量一國(guó)科技實(shí)力和國(guó)力水平的重要標(biāo)志。環(huán)境感知傳感器與信號(hào)處理、智能控制、本體設(shè)計(jì)及材料工藝和能源優(yōu)化――人形機(jī)器人研制覆蓋的四大技術(shù)群，成為競(jìng)爭(zhēng)的前沿陣地。其中，以人工智能為核心要素的智能控制技術(shù)尤為關(guān)鍵。
當(dāng)下人工智能已成大勢(shì)所趨。由此延伸的前瞻性研究認(rèn)為，下一個(gè)浪潮是具身智能。作為人工智能進(jìn)入物理世界交互的載體，具身智能將人工智能技術(shù)與機(jī)器人實(shí)體相結(jié)合，讓“大腦”有了可支配、可感知、可交互、可行動(dòng)的“身體”，作為人類的重要伙伴和助手，帶來(lái)便利和效益。
值得一提的是，具身智能旨在基于機(jī)器與物理世界的交互，創(chuàng)建軟硬件結(jié)合、可自主學(xué)習(xí)進(jìn)化的智能體，通俗來(lái)講就是創(chuàng)造能夠感知、推理并與物理世界進(jìn)行各類互動(dòng)的不同形態(tài)的機(jī)器人，它們?cè)谡鎸?shí)的物理環(huán)境下執(zhí)行各類型任務(wù)，實(shí)現(xiàn)人工智能的自主進(jìn)化。
換句話說(shuō)，在科技前沿領(lǐng)域，人工智能和人形機(jī)器人不僅僅是“前者賦予后者靈魂”的關(guān)系，兩者是相互刺激、雙向促進(jìn)的。
去年，英偉達(dá)CEO黃仁勛就曾公開表示：下一波人工智能浪潮將是一種被稱為“具身AI”的新型人工智能。
在全球范圍內(nèi)，對(duì)人形機(jī)器人的理論探索和研發(fā)實(shí)踐再次成為目光焦點(diǎn)。各路人工智能大模型紛紛涌現(xiàn)，計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、自然語(yǔ)言、認(rèn)知科學(xué)等技術(shù)逐步成熟，推動(dòng)具身智能進(jìn)入快速發(fā)展期。
2023年3月，ChatGPT開發(fā)商OpenAI領(lǐng)投了挪威的一家人形機(jī)器人公司1X Technologies。后者準(zhǔn)備利用這筆資金加大其即將推出的雙足機(jī)器人模型NEO的研發(fā)力度，以及在挪威和北美大規(guī)模生產(chǎn)其首款商用機(jī)器人EVE。
2023年7月，斯坦福大學(xué)李飛飛教授團(tuán)隊(duì)公布了具身智能的最新成果――VoxPoser(大模型接入機(jī)器人)，把復(fù)雜指令轉(zhuǎn)化成具體行動(dòng)規(guī)劃，人類可以隨意地用自然語(yǔ)言給機(jī)器人下達(dá)指令，機(jī)器人無(wú)須接受額外數(shù)據(jù)訓(xùn)練。這一方案利用了視覺語(yǔ)言模型，以便感知與分析出真實(shí)場(chǎng)景中的目標(biāo)。(解放日?qǐng)?bào))
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