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人形机器人：从科幻中走向现实

日期: 2024-08-02 作者: 机器人租赁

2023年10月20日，工信部印发的《人形机器人创新发展指导意见》开篇中提到：“人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进的技术，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品，将深刻变革人类生产生活方式，重塑全球产业高质量发展格局。”

人形机器人一直是科幻作品中经久不衰的题材，无论是《终结者》还是《变形金刚》，创作者总是以最丰富的想象力去设想人形机器人。但即使如此，我们对人形机器人仍感到陌生。

人形机器人的定义是什么？为什么是人形？人形机器人究竟是科幻的美好想象还是具有革命意义的生产力工具？有太多的问题可以让我们去探讨。

首先，人形机器人是具有与人类似的身体结构和运动方式（如双足行走、双手协作等）的智能机器人。一方面，人形机器人由于拥有和人类相同的身体结构，因此能够兼容人类的生活和工作场景，有很强的适应能力；另一方面，人形机器人在AI技术加持下，能够拥有感知与交互的能力，进而在真实物理世界中实现交互。此外，人形的设计可提升人类对机器人的接受程度，使得人类在心理上更容易接受人形机器人的存在。

虽然目前大众对人形机器人的认知普遍来源于影视作品，但其实早在20世纪就已有众多公司投入到人形机器人的设计和研发中，并在近20年逐渐展现出成果。

2000年10月，日本HONDA（本田）公司在经历了三十余年的技术沉淀之后，推出了全球最早具备人类双足行走能力的类人型机器人ASIMO（阿西莫）。此外，美国的Boston Dynamics（即波士顿动力公司），也在经历了数十年的技术积累之后，于2016年推出了里程碑式机器人——Atlas（阿特拉斯），Atlas在演示中展现出了惊人的运动能力，象征着人形机器人的运动能力达到了一个新的台阶。

而相较于ASIMO和Atlas的运动能力，特斯拉在2022年10月公布的人形机器人Optimus则更看重智能化，Optimus凭借特斯拉自研的FSD算法，能够对物体进行精准地识别，并凭借“灵巧手”进行抓取、归纳等工作。

研发一款人形机器人的技术难度和前期投入是巨大的。即便是本田和波士顿动力这样的先发企业，在面临商业化困境之后也不得不面临暂停研发或打包出售的窘境。但随着新能源汽车和AI技术的出现和逐渐成熟，人形机器人的发展进程似乎迈向了一个新的节点。

一方面，国内外涌现出了慢慢的变多的人形机器人公司，例如美国的Figure、Apptronik，中国的宇树、智元、傅里叶等，甚至许多关联企业也开始涉足这一领域，例如特斯拉、小鹏、小米。另一方面，慢慢的变多的人形机器人产品也在逐渐走出实验室，进入实际应用场景。例如特斯拉Optimus进入了汽车工厂对电池进行分装，国内优必选的Walker也开始在汽车工厂中对部分环节进行测试。

究其根本，其核心原因主要在于人形机器人有着广阔的应用场景。以最先可能落地的汽车装配场景为例，即使目前汽车装配能够依靠机械臂实现较高程度的自动化，但机械臂的非柔性特征使得在装配过程中仍需要人工完成部分工作，而人形机器人则能够在取代人工环节的同时，还可以在一定程度上完成24小时的不间断工作，进而大幅度提高汽车产能，并降低汽车生产所带来的成本。而随着未来人形机器人技术的完善和成本的下降，人形机器人还将逐渐渗透商业服务和家庭陪护等要求更高的场景。

多元且丰富的应用场景意味着人形机器人拥有着广阔的市场空间。根据高工机器人产业研究所（GGII）多个方面数据显示，2024年中国人形机器人市场规模约21.58亿元，预计2030年将达到近380亿元，2024年至2030年的CAGR将达到61%，预计销量将从4000台增长至27.12万台。

硬件即制造机器人所需的零部件，例如减速器、伺服电机、丝杠、传感器等，由于人形机器人所设计的零部件对精密性、可靠性要求极高，因此在制造工艺流程中涉及金属材料、热处理、小模数齿轮硬齿面加工、集成及检测等技术，因此具有一定的门槛，其中特别是谐波减速器和无框力矩电机，有很高的技术壁垒。

软件部分则更复杂，主要是各种人工智能模型，比如大语言模型、图像扩散模型等，对算力芯片和AI技术有着较高的要求。

虽然人形机器人有着丰富的应用场景和广阔的市场空间，但由于人形机器人需要极强的运动控制能力和强大的感知计算能力，在早期硬件和软件均受限的情况下，人形机器人的研发始终处于实验室验证阶段，并且要面临高昂造价的问题。

以波士顿动力的Atlas为例，Atlas在过往的演示中展现出了惊人的灵活性和障碍通过能力，这主要是由于Atlas采用的是液压驱动系统有着出色的负载承担接受的能力和高效的动力传输，长久以来被认为是大型机械和机器人动力系统的黄金标准，但在今年4月份，波士顿动力宣布将停止研发现有的液压驱动版Atlas。

根据公开信息查询，业内普遍预估液压版Atlas的单台制造成本在200万美元左右，其高昂的成本基本宣告了其无法商业化的结局。

但随着无人驾驶、物联网、新能源汽车等新兴行业的逐渐成熟，2024年有望成为人形机器人量产的元年。这主要是由于新能源车、无人驾驶及AI等新兴领域推动了电机、电池、机器视觉、大语音模型等技术的发展。而这些技术与人形机器人所需的技术高度重合。

其中新能源车推动了电池技术的突破和电机效率的提升，这使得电机驱动方案逐渐崛起。相较于液压驱动方案，电机驱动的人形机器人不但可以实现更细腻的动作控制，还大幅度提高了能效，降低了运行成本，同时电机驱动在设计和维护上也展现出了独到的优势，能够大幅度提高人形机器人的可靠性和易维护性。

在电机驱动方案的基础上，人形机器人的造价从上千万块钱快速下探至几十万人民币，这是人形机器人商业化上关键的里程碑。

随着电机驱动方案被业界广泛认可，全球人形机器人产业迎来了重要机遇期。国外企业中，特斯拉、波士顿动力、本田、Engineered Arts、1X Technologies等企业纷纷发布了Optimus、Atlas、ASIMO等人形机器人产品或其迭代产品；而英伟达、高通、AMD等头部芯片公司也开始着重为人形机器人设计并研发AI芯片和解决方案等。