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人形機器人:用高精尖技術(shù)塑造人類(lèi)的新伙伴
2024年03月08日 10:33 科技日報

  ◎本報記者 陸成寬

  近日,一條“人形機器人進(jìn)廠(chǎng)‘打工’”的視頻引發(fā)網(wǎng)友熱議。視頻中,人形機器人順利完成汽車(chē)門(mén)鎖質(zhì)檢、安全帶檢測、車(chē)燈蓋板質(zhì)檢等工作,還以柔順的動(dòng)作極其流暢地貼好了車(chē)標。整個(gè)過(guò)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(shí)際應用的一個(gè)案例。近年來(lái),人形機器人技術(shù)加速演進(jìn),已成為科技競爭的新高地、經(jīng)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(lái)產(chǎn)業(yè)的新賽道。公開(kāi)數據顯示,到2035年,人形機器人市場(chǎng)有望達到1540億美元。

  為什么要大力發(fā)展人形機器人產(chǎn)業(yè),人形機器人與其他機器人有什么不同,實(shí)現人形機器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展還需要解決哪些難題?帶著(zhù)這些問(wèn)題,科技日報記者采訪(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。

  重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局

  智能機器人作為新興技術(shù)的重要載體和現代產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵裝備,是引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)數字化、智能化發(fā)展,不斷孕育新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)的戰略方向,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(shí)選擇。

  “人形機器人是人工智能在物理空間的重要體現和關(guān)鍵裝備,是實(shí)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(chē)后的顛覆性平臺產(chǎn)品,將成為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)數字化發(fā)展、智能化升級的新質(zhì)生產(chǎn)力,有望持續催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)!2月28日,全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員喬紅在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示。

  作為一種模仿人類(lèi)外觀(guān)、形態(tài)和行為能力的智能機器人,人形機器人可以無(wú)縫使用人類(lèi)所有基礎設施和工具,融入人類(lèi)社會(huì ),通過(guò)AI賦能,可實(shí)現自然的語(yǔ)言交互與行為動(dòng)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(chǎn)、家庭服務(wù)等不同領(lǐng)域、不同場(chǎng)景中均有廣泛的應用前景,有望顛覆一些領(lǐng)域現有的發(fā)展格局!斑@是人形機器人區別于其他專(zhuān)用型工業(yè)機器人的顯著(zhù)特征!敝袊茖W(xué)院自動(dòng)化研究所博士鐘汕林說(shuō)。

  相比普通的工業(yè)機器人和服務(wù)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(guān)節數量一般在6個(gè)左右,而人形機器人關(guān)節數量在40個(gè)以上。通常人形機器人的每個(gè)關(guān)節需要一臺伺服電機,部分與行走平衡相關(guān)的關(guān)節對電機的高爆發(fā)力矩響應和穩定力矩輸出提出了極高的要求!辩娚橇峙e例說(shuō)。

  2023年底,為推動(dòng)人形機器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,培育新質(zhì)生產(chǎn)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(jiàn)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導意見(jiàn)》)。

  《指導意見(jiàn)》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(guān)鍵技術(shù)取得突破,確保核心部組件安全有效供給,整機產(chǎn)品達到國際先進(jìn)水平,并實(shí)現批量生產(chǎn);在民生服務(wù)等場(chǎng)景得到示范應用。到2027年,人形機器人技術(shù)創(chuàng )新能力顯著(zhù)提升,形成安全可靠的產(chǎn)業(yè)鏈和供應鏈體系,構建具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)生態(tài),綜合實(shí)力達到世界先進(jìn)水平。

  業(yè)內專(zhuān)家認為,高科技、高效能、高質(zhì)量是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要特征,其核心標志是全要素生產(chǎn)率的大幅提升。通過(guò)自主創(chuàng )新突破實(shí)體通用人工智能系統基礎理論與關(guān)鍵技術(shù),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(dòng)實(shí)體經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級、解決新質(zhì)生產(chǎn)力落地應用所面臨的行業(yè)多、場(chǎng)景多、任務(wù)多等復雜問(wèn)題具有積極意義。

  諸多技術(shù)難題需要攻克

  當前,人形機器人產(chǎn)業(yè)智能化趨勢明顯,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速,應用領(lǐng)域日益廣泛,更多的行業(yè)標準和開(kāi)放平臺也在逐步建立。

  在看到成績(jì)的同時(shí),我們也要清楚地認識到,我國人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨多重挑戰。

  “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(gè)要求!敝袊茖W(xué)院自動(dòng)化研究所研究員劉禹說(shuō),一方面,高性能和低成本是相互制約的兩個(gè)因素。如何讓具有40多個(gè)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(lèi)任務(wù),同時(shí)將整機成本控制在25萬(wàn)元以?xún),是一個(gè)重要挑戰。另一方面,批量化與穩定性相互制約。在如此多類(lèi)型、多組件的復雜系統中,如何克服由于各類(lèi)零部件制造誤差造成的不確定性,使批量生產(chǎn)的系統能夠穩定工作,也是一個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)。

  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!拔覀冃枰リP(guān)輕量化骨骼、高強度本體結構、高精度傳感、全身協(xié)調運動(dòng)控制和手臂動(dòng)態(tài)抓取靈巧作業(yè)等技術(shù),以滿(mǎn)足人形機器人高動(dòng)態(tài)、高爆發(fā)和高精度等運動(dòng)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(zhù)力突破的關(guān)鍵瓶頸!眲⒂碚f(shuō)。

  與人類(lèi)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(guò)、全身協(xié)同精細作業(yè)等任務(wù)需求,攻克控制人形機器人運動(dòng)的‘小腦’關(guān)鍵技術(shù)群;同時(shí)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(chǎng)景落地應用的‘大腦’關(guān)鍵技術(shù)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(guān)研究人員面臨的共同挑戰。

  在劉禹看來(lái),人腦信息處理方式以及人體運動(dòng)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(lái)產(chǎn)業(yè)應用前景廣闊

  總體來(lái)看,我國有良好的制造業(yè)基礎和完整的產(chǎn)業(yè)鏈,既有能力為人形機器人的發(fā)展提供技術(shù)保障,又有能力為人形機器人提供廣闊的產(chǎn)業(yè)應用場(chǎng)景。

  近日,在中國科學(xué)院、工業(yè)和信息化部、北京市政府的支持下,中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所人形機器人攻關(guān)團隊自主研發(fā),突破了高爆發(fā)一體化關(guān)節、AI賦能設計、機器人大模型、類(lèi)人柔順控制等核心技術(shù)。團隊還成功研制出人形機器人硬件設計和軟件開(kāi)發(fā)“大工廠(chǎng)”,通過(guò)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(fā)周期,進(jìn)而向搶占實(shí)體通用人工智能系統科技制高點(diǎn)邁出堅實(shí)一步。中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所人形機器人攻關(guān)團隊技術(shù)骨干李睿表示:“通過(guò)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(shù)、打造實(shí)體通用人工智能系統的關(guān)鍵!

  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(zhì)生產(chǎn)力,為新型工業(yè)化提供高水平支撐,并推動(dòng)人形機器人產(chǎn)業(yè)實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展。

  同時(shí),在政策支持下,我國人形機器人的應用場(chǎng)景也在持續開(kāi)放。人形機器人在工業(yè)制造、醫療、服務(wù)、救援等眾多領(lǐng)域展現出巨大的潛力。未來(lái)人形機器人必將成為人類(lèi)的得力助手和伙伴,為人類(lèi)帶來(lái)更多便利。

  喬紅認為,未來(lái)人形機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)首先將聚焦3C、汽車(chē)等制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域,通過(guò)提升人形機器人工具操作與任務(wù)執行能力,打造人形機器人示范產(chǎn)線(xiàn)和工廠(chǎng),在智能制造典型場(chǎng)景實(shí)現深度應用。

  其次,人形機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)將面向惡劣條件、危險場(chǎng)景作業(yè)等需求,在要地警戒守衛、民爆、救援等特種環(huán)境下,通過(guò)強化人形機器人本體安全防護能力、復雜任務(wù)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(guò)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(lǐng)域的應用,并推動(dòng)人形機器人在農業(yè)、物流等重點(diǎn)行業(yè)應用落地。

  隨著(zhù)日新月異的技術(shù)迭代,未來(lái)人形機器人將變得更加低成本和實(shí)用化。未來(lái)幾年內,可以感知、理解環(huán)境以及與人類(lèi)進(jìn)行自然語(yǔ)言互動(dòng)的人形機器人將出現在我們身邊。

責任編輯:王雨蜻

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