人體的一切都是那么美妙。
德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)教授尤韋·哈斯（UweHaass）的這句感嘆，道出人類百年來對“人形機(jī)器人”的偏愛和癡迷。在各式科幻小說和電影中，我們能見到它的投射：是《復(fù)仇者》中的終結(jié)者T-800，也是《鋼鐵俠》中的鋼鐵裝甲。
人形機(jī)器人，正加快向我們走來的步伐。
今年3月初，工信部部長金壯龍在國新辦新聞發(fā)布會上提到，將加快布局人形機(jī)器人等前沿領(lǐng)域。剛過去的全國兩會上，全國人大代表，小米集團(tuán)董事長兼CEO雷軍就“高質(zhì)量發(fā)展”建言獻(xiàn)策，首次提出推動仿生人形機(jī)器人快速發(fā)展的建議。與此同時，特斯拉公司創(chuàng)始人馬斯克公開放言：“未來，人形機(jī)器人的數(shù)量甚至比人類更多，將不止1：1。”
人形機(jī)器人，還有多久能走入我們的生活？我國的人形機(jī)器人研究，正處于什么樣的發(fā)展階段？帶著這些問題，我們在浙江省內(nèi)、外探訪，見證這個“賽博夢”（Cyber，意為仿生、人工智能）從幻想走向現(xiàn)實(shí)。
“大腦”：機(jī)器之魂
“人形機(jī)器人，也可以叫‘仿生人’，指那些模仿人類外觀和行為的機(jī)器人。人們創(chuàng)造初衷，是讓它們幫助完成重復(fù)、枯燥以及危險的工作。”浙江大學(xué)機(jī)器人研究院院長助理王進(jìn)向潮新聞記者解釋，“某種意義上，它們是人能力的延伸。”
1927年，美國西屋公司制造了世界上第一個人形機(jī)器人“Televox”。
這是科技長河中，人形機(jī)器人躍起的第一朵浪花。
隨后日本、歐盟等開啟了這項(xiàng)研究，尤其日本一度遙遙領(lǐng)先，如早稻田大學(xué)研發(fā)的全球首個全尺寸人形“智能”機(jī)器人WABOT-1，本田公司能“跳舞、踢足球”等玩花活的ASIMO（阿西莫）。
因核心技術(shù)無法突破、商用價值不高同時造價又不菲，人形機(jī)器人一度陷入發(fā)展的泥沼。近年來人工智能的發(fā)展，人形機(jī)器人重新“站上C位”。強(qiáng)大的算法加持下，人形機(jī)器人能夠自主決策、完成任務(wù)，擁有了類人的邏輯、溝通能力，還能模擬出人類的情感和情緒。
當(dāng)?shù)貢r間2022年3月17日，日本本田公司向媒體展示設(shè)計生產(chǎn)的人形機(jī)器人。
在杭州之江實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人研究中心，一支百人團(tuán)隊正以“最強(qiáng)大腦”和“最強(qiáng)本體”兩大模塊推進(jìn)，研發(fā)全新的“人形機(jī)器人”整機(jī)。聽說，這個機(jī)器人已經(jīng)“出生”了，但尚未對外正式展示，它的算法表現(xiàn)力如何？潮新聞記者前去探訪。
“高1.65米，重72公斤，去年底剛剛調(diào)試完。”一見面，之江實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人研究中心副主任宋偉，便向潮新聞記者展示了這臺白色的人形機(jī)器人。宋偉介紹，這是團(tuán)隊研發(fā)三年的成果，“名字還沒正式取，暫時叫‘小之’。它的學(xué)習(xí)速度比人類嬰兒快多了，半歲不到就能對答如流！”
我們決定試試。走近“小之”，朝它揮揮手。小之抬起手臂，清脆地打了聲招呼：“你好！請問需要帶您參觀展廳嗎？”宋偉在旁解釋，因?yàn)?ldquo;小之”身上有敏銳的傳感器，那是機(jī)器人的感官，“剛剛，它捕捉到了你的揮手動作。因?yàn)椴恍枰?lsquo;喚醒’，實(shí)驗(yàn)人員在小之身邊聊天時，‘小之’還會主動加入談話。”
“這個是什么？”第二次試探，記者打斷“小之”海洋生物知識的講解，指向展板上的魚類圖片問道。想了想后，“小之”脫口而出——“深海魚，常?？梢栽诖笱笊钐幰姷?hellip;…”這是“小之”進(jìn)階版的技能，即使在“這個”“那個”的模糊指令下，依然能匹配出最精確答案。
“具體來說，‘小之’通過視覺及聽覺等多模態(tài)情景的感知，利用目標(biāo)追蹤、場景理解等技術(shù)生成數(shù)據(jù)，并模擬人腦進(jìn)行算法處理，最終執(zhí)行任務(wù)。先感受思考、后決策執(zhí)行，這和人類是相似的。”宋偉說，這樣的自主決策系統(tǒng)，可稱之為機(jī)器人的‘大腦’，也是‘機(jī)器之魂’。
聽懂人、理解人，某種程度上是為更好與人交互。情感交流是研究人機(jī)交互的切入點(diǎn)，當(dāng)機(jī)器人也會憂傷、開心、冷靜時，人們距離向他傾吐心事也就不遠(yuǎn)了。
1998年起，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)就開始研究智能機(jī)器人，他們研發(fā)的“佳佳”機(jī)器人在情感交互體驗(yàn)上走在前列。近兩年，研究團(tuán)隊將“佳佳”的核心技術(shù)升級，制造出仿生大熊貓機(jī)器人“小川”，它具備了超乎普通機(jī)器人的情感能力。
今年1月，員工“小川”到成都的大熊貓繁育研究基地正式上班。你可以看到游客和小川這樣互動——游客：“你怎么還‘兇’我？”小川：“那我抱抱你”，并張開雙臂；游客：“我不要你抱。”小川：“我難過了”，并用手蒙上眼睛。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室在讀博士梁聰說：“通過構(gòu)建情感引擎，熊貓機(jī)器人‘小川’有了情感起伏，并且還會有記憶。在不同的情緒下，對同一個問題的反應(yīng)是不同的。當(dāng)你批評它后，難過的它會拒絕或消極回答下一個問題。”
經(jīng)過情感訓(xùn)練的機(jī)器人，未來可能以“陪伴者”的角色進(jìn)入家庭、養(yǎng)老院等，類似于寵物貓和狗一樣，在人們孤獨(dú)時給予情感的撫慰。還有多久能實(shí)現(xiàn)？“從技術(shù)上來說，大約還有5年時間。”梁聰回答。
練“肌肉”：為更快、更強(qiáng)
波士頓動力發(fā)布的視頻里，機(jī)器人Atlas靈活地上下臺階、多軸翻轉(zhuǎn)、前空翻，完成任務(wù)后還會給自己打call鼓勁，讓人不禁為其流暢的運(yùn)動能力、極高的協(xié)調(diào)性所驚嘆。這些“逆天”動作背后，除了大腦層面的控制算法，還涉及到支撐運(yùn)動的核心零部件的關(guān)鍵能力。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，另一支“百人團(tuán)隊”正持續(xù)多年攻堅。這個精密驅(qū)動與智能機(jī)器人團(tuán)隊，做的事更為精細(xì)——造出“夠有爆發(fā)力、夠輕”的機(jī)器人關(guān)節(jié)。
機(jī)器人Atlas，圖片據(jù)波士頓動力官網(wǎng)。
“爆發(fā)力強(qiáng)，能給予跑、跳以支撐。”副所長楊桂林解釋，連接機(jī)器人四肢的關(guān)節(jié)，專業(yè)名詞叫“機(jī)電一體化關(guān)節(jié)”，由電機(jī)、減速器、傳感器、驅(qū)動控制器等組成，在功能上相當(dāng)于人類的肌肉，是人形機(jī)器人靈活運(yùn)動的基礎(chǔ)。
為什么要輕？“未來機(jī)器人進(jìn)入家庭后，身體過重可能對人造成較強(qiáng)的沖擊力，減輕重量的意義在于能夠更好地與人交互、共融，減少風(fēng)險的發(fā)生。”楊桂林說。
其中，“關(guān)節(jié)電機(jī)”是驅(qū)動手臂運(yùn)動、腿走動的能量之源。錨定“關(guān)節(jié)電機(jī)”8年，楊桂林團(tuán)隊做出產(chǎn)品，不但輕巧，且爆發(fā)力強(qiáng)。一項(xiàng)對比數(shù)據(jù)顯示，在電機(jī)“功率密度”“過載能力”等性能指標(biāo)上，已高過德國某知名品牌，達(dá)到國際一流水平。
楊桂林（右一）和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室研究協(xié)作機(jī)器人人機(jī)交互問題。圖片由中科院寧波材料所提供。
為機(jī)器人瘦身，也是宋偉考慮的問題。“體重72公斤，‘小之’還需要減減肥。”宋偉笑著告訴潮新聞記者，“去年年底，我們運(yùn)用3D金屬打印技術(shù)，在機(jī)器人局部‘骨骼’強(qiáng)度不變下，腿部重量減輕了30%。”宋偉了解到，Atlas也采用了這樣的技術(shù)。
對人形機(jī)器人來說，讓雙足如何行走，是行業(yè)公認(rèn)的一大難關(guān)。實(shí)現(xiàn)“夠輕”“夠有力”，最終目的就是為了走得更快。
經(jīng)過團(tuán)隊不斷調(diào)試、驗(yàn)證，如今“小之”在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中最快行走速度達(dá)“6公里/小時”，相當(dāng)于成人走路的速度。今年，之江實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊將繼續(xù)突破這一速度，實(shí)現(xiàn)從“走”到“跑”的跨越。
潮新聞記者采訪下來發(fā)現(xiàn)，浙江省的人形機(jī)器人研究集中度不高，主要在科研院校、研發(fā)平臺，且在一定的技術(shù)領(lǐng)域有其優(yōu)勢，像“整機(jī)”型的機(jī)器人在之江實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)等已經(jīng)能見到，比如“曉樂”機(jī)器人可以彈奏鋼琴曲，“悟”“空”機(jī)器人會打乒乓球。
北京理工大學(xué)智能機(jī)器人研究所所長余張國告訴潮新聞記者，從全國來看，得益于國家相關(guān)科技計劃的支持，北京理工大學(xué)、國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、中科院自動化研究所等高校、研究所圍繞人形機(jī)器人開展了大量研究，成果不俗。“我國人形機(jī)器人的行走、奔跑、跳躍等運(yùn)動能力接近國際最領(lǐng)先水平。優(yōu)必選的WalkerX、小米的CyberOne等產(chǎn)品代表了當(dāng)前中國企業(yè)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化水平。”余張國說。
之江實(shí)驗(yàn)室“曉樂”機(jī)器人。
不過，“做人”難，這是業(yè)內(nèi)共識。機(jī)器人被譽(yù)為制造業(yè)皇冠頂端的明珠，其需翻越的高山足以想象。它橫跨多門學(xué)科，是高度復(fù)雜、剛?cè)狁詈系膭恿W(xué)系統(tǒng)。沒有科研能力、沒有戰(zhàn)略定力，一般人不敢輕易涉足。“既然這么難，為什么還要去做？”潮新聞記者將這個問題提給之江實(shí)驗(yàn)室。
宋偉說，向難處行，是為了以此為牽引，加快發(fā)展、實(shí)現(xiàn)突破，從而帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。之江實(shí)驗(yàn)室采取“沿途下蛋，擇機(jī)開花”的研發(fā)策略，人形機(jī)器人所涉及的本體硬件設(shè)計、一體化關(guān)節(jié)、運(yùn)動控制技術(shù)，成熟一項(xiàng)，就向其他領(lǐng)域轉(zhuǎn)移一項(xiàng)。
“我們的彈琴機(jī)器人‘曉樂’，已經(jīng)優(yōu)化到第三代，其機(jī)械臂的定位精度誤差控制在0.03毫米左右，往長遠(yuǎn)看，就可以轉(zhuǎn)化到養(yǎng)老助殘服務(wù)領(lǐng)域。還有一體化關(guān)節(jié)技術(shù)，完全適用于工業(yè)機(jī)器人。”宋偉說，“開春以來，已對接三四家相關(guān)企業(yè)的需求，希望盡早賦能產(chǎn)業(yè)。”
人形機(jī)器人，必須像人？
“人形機(jī)器人”，顧名思義，理應(yīng)擁有類人的大腦、有手有腳，甚至身高大小也相當(dāng)?？茖W(xué)家設(shè)計成“人形”的考慮，是為了有朝一日，機(jī)器人可以使用一切人類使用的物品，并適應(yīng)目前人類的環(huán)境——比如設(shè)計成雙足而非滾輪式，就基于雙足較強(qiáng)的通行能力，輕松上下樓梯，跨越障礙。
但隨著研究的深入，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，未來實(shí)際應(yīng)用的人形機(jī)器人長什么模樣，未必有標(biāo)準(zhǔn)答案。就這個問題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)及浙江大學(xué)的專家們談了談他們的看法。
“進(jìn)入家庭的機(jī)器人，需兼顧功能性和安全性。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任、教授陳小平認(rèn)為，“中國科大團(tuán)隊早就研制出‘佳佳’‘可佳’機(jī)器人，從功能角度來說，可以適用于各類場景。但在投入市場之前，需充分考慮其安全性問題，比如在家務(wù)勞動中，會不會存在機(jī)器人被碰倒，又砸到周邊人的風(fēng)險。”
這樣的風(fēng)險，曾發(fā)生在實(shí)驗(yàn)室中。中國科大實(shí)驗(yàn)室軟機(jī)器人組博士研究生姜皓舉了個例子，團(tuán)隊在對機(jī)器人測試實(shí)驗(yàn)時，剛性的手臂無緣故地發(fā)生意外，“啪”一聲打到實(shí)驗(yàn)人員的下巴。“那一下，還是挺疼的，萬幸沒有受傷。”姜皓說，這樣的意外值得被重視，如果是軟體手臂，輸出的力量要比剛性的小很多。
早從2010年起，團(tuán)隊轉(zhuǎn)而研發(fā)一款更靈活、更安全的柔性手臂。這款手臂更像“象鼻子”，擁有無限的自由度，且造價成本低。現(xiàn)在，走進(jìn)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院康復(fù)科，你會發(fā)現(xiàn)這款機(jī)器人正在為患者喂飯、擦身。
情感交互、場景理解、任務(wù)規(guī)劃、運(yùn)動規(guī)劃……中國科大的機(jī)器人團(tuán)隊正分組攻堅關(guān)鍵技術(shù)。“最終多模塊技術(shù)成熟后，再進(jìn)行集成。至于未來的機(jī)器人，是雙足還是多足，是不是一定像人，會根據(jù)不同的應(yīng)用場景而定。”陳小平說。
浙江大學(xué)機(jī)器人研究院院長助理王進(jìn)認(rèn)同這一觀點(diǎn)，“人形機(jī)器人功能越多、自主性越高，帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)將會更大，安全性可能隨之降低。”
但也需要看到的是，人們更容易接受人類外表的機(jī)器人，當(dāng)它們像人一樣走路、說話、微笑，是‘自由個體’而非單純‘機(jī)器’，會給人帶來安全感、親切感，讓人與之更自然地互動。“所以，如果機(jī)器人的人形外貌能在安全性和實(shí)用性之間取得平衡，將是最佳結(jié)果。”王進(jìn)說。
人工智能時代，機(jī)器人會走向何方？
ChatGPT憑實(shí)力出圈，也讓人們展開對“人形機(jī)器人新拐點(diǎn)”的討論。王進(jìn)認(rèn)為，借助ChatGPT等人工智能實(shí)現(xiàn)自主語音交互，可能是人形機(jī)器人最先取得突破性進(jìn)展的點(diǎn)，“通過數(shù)據(jù)、算力大規(guī)模訓(xùn)練，機(jī)器人就可以直接與人類進(jìn)行實(shí)時音視頻交流，實(shí)現(xiàn)智能化、人性化的溝通和服務(wù)。”
也有專家表示，與ChatGPT身處虛擬世界不同，我們身處的世界，是動態(tài)的、充滿變化的復(fù)雜世界。這是機(jī)器人不得不去面對的問題，“比如隨時隨地出現(xiàn)的突發(fā)情況，機(jī)器人如何精準(zhǔn)識別感知、自主化思考，進(jìn)而與現(xiàn)實(shí)世界交互，只有做到這些，才能和人類一起適應(yīng)這個世界。”
搶灘：“做人”時機(jī)到了嗎？
風(fēng)起時，皺痕再微小，湖水亦能感知。
杭州市臨安區(qū)新劍機(jī)電傳動董事長單新平，屬于最早感知風(fēng)向的人之一。他的產(chǎn)品，應(yīng)用到了特斯拉“擎天柱”機(jī)器人身上。
好學(xué)、敏銳的浙江民營企業(yè)家特質(zhì)，在單新平身上展露無疑，并影響著他在15年前做出的投資決定。靠著一趟趟飛到日本、美國蹭傳動學(xué)術(shù)會議，單新平從信息海洋中打撈起這款產(chǎn)品“行星滾柱絲杠”——略帶科幻味道的名字，最小一只手就可以握住，未來可適用于新能源汽車、人機(jī)協(xié)作與服務(wù)機(jī)器人。
單新平向潮新聞記者展示的產(chǎn)品——行星滾柱絲杠。
未來有多遠(yuǎn)？不知道。單新平想：“這既符合企業(yè)超精密生產(chǎn)的定位，看上去又足夠科幻、前沿。為什么不試試？”他決定賭一把，“每年研發(fā)投入占比達(dá)13%，持續(xù)在日本、美國、德國布局銷售團(tuán)隊。”
后來，特斯拉通過中間人找到單新平。2022年，特斯拉發(fā)布的“擎天柱”機(jī)器人身上，就有了他公司生產(chǎn)的零部件，大、中、小規(guī)格共14個。
據(jù)專業(yè)人士測算，人形機(jī)器人的核心零部件占整機(jī)成本70%左右，一旦量產(chǎn)的話，將打開上下游達(dá)億萬級市場。
“這樣的產(chǎn)業(yè)在浙江基礎(chǔ)深厚，比如相當(dāng)于人類眼睛的視覺傳感器，?？低暋⒄憬笕A等公司接近世界先進(jìn)水平；在自然語言處理和應(yīng)答方面，阿里巴巴、杭州一知智能等企業(yè)已有多年累積的基礎(chǔ)；在核心零部件上，像中科院寧波材料所的伺服電機(jī)、雙環(huán)傳動的精密減速器，均是行業(yè)內(nèi)的佼佼者。”王進(jìn)介紹說。
在省科技廳高新技術(shù)處有關(guān)負(fù)責(zé)人看來，浙江正全力構(gòu)建“315”科技創(chuàng)新體系，提及打造“互聯(lián)網(wǎng)+”、生命健康、新材料三大科創(chuàng)高地，“包含智能計算與人工智能、智能控制與先進(jìn)技術(shù)等領(lǐng)域的布局，會為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供堅實(shí)支撐。”
在中國，人形機(jī)器人何時會進(jìn)入人們的生活？專家預(yù)測，大約10到20年時間。當(dāng)下，我國的人形機(jī)器人還處于技術(shù)展示階段，距離國外的商用階段還有一段距離。接下來，在技術(shù)上要解決仿人技能遷移學(xué)習(xí)、行為智慧決策、多傳感融合力位自主柔順等核心問題，這需要依賴新材料、計算機(jī)、人工智能、生命醫(yī)學(xué)等前沿學(xué)科的進(jìn)一步交叉融合。
