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人形機器人：未來發展趨勢與上（shàng）海策略建議

2024-7-11 來源：- 作者：-

人形（xíng）機器人已成為科技競爭新（xīn）高地、經濟發展新引擎、未來產業發展新賽道，發展潛力大，應用前景廣，是加（jiā）快形成新質生產力和（hé）實（shí）現科技自立自強的重要（yào）支撐。

2023年11月，習近平（píng）總書記在上海市考察調研時，一台名（míng）為GR-1的人形機器人受到習近平總書記的關注。人形機器人是具身智能的重要載體，融合機電、新材料、軟件算法、控製係統等各項高端技術於一（yī）體，代表了世界機電一體化、智能化的最高技術水平。近期，以特斯拉OptimusGen2為代表的人形機器人再（zài）度開啟了人形機器人的發展浪潮，加快推動人形機器人由簡單（dān）的仿人交互向更智能的人機互動方向發展。

工信部的多項文件加快人形機器人發展。2023年8月，工（gōng）信部等4部門（mén）聯合發布的《新產業標準化領航工程實施方案（2023—2035年）》指出要加快人形機器（qì）人（rén）標準（zhǔn）製定，助（zhù）力人形機器人發展。2023年10月，工信部出台（tái）的《人形機器人創新發（fā）展指導意見》指出（chū）人形機器人集人工智能、高端製造（zào）、新材料（liào）等先進技術（shù）於一體，將深刻變革（gé）人類生產生活方式，支撐現代化產業體係（xì）建設，重塑全球產業發展格局。2024年1月，工業和信息化部等七部門發布的《關於推動未來產業創新發展的實施意見》提出要突破高轉矩密度伺服電機、高動態運動（dòng）規劃與控製（zhì）等核心技術，重點推進智能製造、家庭服務、特殊環境作業等應用場景的人形機器人研發。

一、人形機器（qì）人≠機器人+人形外（wài）殼

人形（xíng）機器人，又稱仿人機器人，是（shì）一種在人類工作和居住的環境工作、操作為人設計的工具（jù）和設備、與人交（jiāo）流（liú）、模仿人類外觀和行為的智能化機器人。人形（xíng）機器人通（tōng）過集成傳（chuán）感器、執（zhí）行器和（hé）算法等（děng）軟硬件，能夠（gòu）感知周圍環境、識別物體和人，高效地收集並處理物理空間的數據（jù）和信息，更好地理解人類的意圖和需求，從而（ér）為人類提供優質的服務。人形機器人發展前景廣（guǎng）闊，可廣泛用於工廠、物流、救援（yuán）、醫療、教育、科研、娛樂、服務等場景。

人形（xíng）機器（qì）人具備人類的（de）基本特征，如頭、眼、手、腿等，有助於與人（rén）類進行更自然和（hé）直觀的（de）交互，增（zēng）強人機之間的親和力與溝通效果。人形機器人在設計上注重模仿人類的行走、抓取、表情等動作和姿態，以提供更真實的體驗。人形機器人通過語音識別（bié）和語音合成技術進行語言交流（liú），通過視覺和觸覺（jiào）反饋（kuì）進行互動。人類天生（shēng）對人類形態和行（háng）為更感興趣和親近，人（rén）形設計使其更容易與人類進行交互，更容易建立情感聯係和共鳴，從而更易接受和信任機器人。人形機器人具備人類外觀和動作，使人類（lèi）更容（róng）易理解和預測其行為。這有助於提（tí）高人機之間的相互理（lǐ）解和協作。人（rén）形機器人的設計（jì）和外觀也會受到（dào）文化（huà）、心理（lǐ）、應用場景等因素的影響。

人形機器（qì）人從起步階段到高級階段，逐步具備如下特點。自主移動：可自主移動且續（xù）航時間長（zhǎng）；智能協（xié）同：無須人工喚醒，具備人機交互、無預設內容互動、學習和協作能力；動作靈巧性（xìng）：人形機器人的腦、手臂、手指等關節活動靈活，無僵硬感（gǎn）；肢體微動作：能夠模仿微笑、傷（shāng）心等表情以及呼吸、眨眼（yǎn）等微（wēi）小幅度的動作。

二、國內外人形機器人發展態勢

人形機（jī）器人研究（jiū）始於20世紀60年代後期。早期的人形機器人主要是由機械結構和電子控製係（xì）統組成的，其功能相對簡單，隻能執行一些（xiē）基本的動（dòng）作和任務。進入21世紀後，全球人形機器人研究和產（chǎn）業發展呈現（xiàn）出蓬勃發（fā）展（zhǎn）的（de）態勢。多個國家紛紛投入巨資支持人形機（jī）器人研發，並出台了一係列政策措施來加速人形機器人產業的發展。目前，全（quán）球人形機器人研究已（yǐ）經取得了顯（xiǎn）著的進展，多種人形機（jī）器人相繼問世，如（rú）美國的波士頓動力公司（sī）的Atlas、特（tè）斯拉公司的Optimus、本田公司的ASIMO以及我國優必選的WalkerX人形機（jī）器人等。隨著（zhe）技術（shù）的不（bú）斷突破和應用場景的不斷拓展，人形機器人的智能化水（shuǐ）平將得（dé）到進一步提（tí）升。

2.1美日歐人形機器（qì）人研究領先

2.2我國人形機器人奮起直追（zhuī）

在政府和社會資（zī）金的支持下，我國人形機器人的發展迎來爆發期。北（běi）京理工大學（xué）的BHR係列、浙（zhè）江大學的Wukong係列、優必選公司的Walker係列（liè）、宇樹公司的機器人H1、樂聚公司的KUAVO、小米公司的CyberOne等各具（jù）特色。然（rán）而，我國人形機器人核心技術與（yǔ）美國、日本差距（jù）較大，關鍵零部件（jiàn）亟待突破。為（wéi）此（cǐ），科技部和JKW持續支持（chí）仿人（rén）基礎理論和核心關鍵技術研究。工信部接連發文，推動人形機器人的標準製定，加快關鍵核心（xīn）技術突破（pò），培育重點（diǎn）產業，拓展應用場景（jǐng）。人形機器人正成（chéng）為投資焦點，騰訊、聯想、小鵬、美團等公司相繼入局人形機器人領域，紅杉、高瓴、三花控股、基石資本等知名投資機構（gòu）積極（jí）布局人形機器人（rén）。2023年，我（wǒ）國10餘（yú）款人形機器人整機問世，如宇樹公司的（de）H1、樂聚（jù）公司的KUAVO、優（yōu）必（bì）選公（gōng）司（sī）的WalkerS、追覓科技的通用人形機器人、小鵬汽車的PX5等。

上海集聚了大量的人形機器（qì）人整機研（yán）發與應用的企業。傅利（lì）葉智能的GR-1突破了人形機器（qì）人關鍵的高性能執行器，實現了自然行走（zǒu）和一定的任（rèn）務執行能力（lì）。智元機器人公司的A1采用（yòng）“CPU+GPU”架構，利（lì）用無須聯網的（de）“端腦”，實（shí）現人機（jī）交互。達闥公司的XR4采（cǎi）用並聯驅動結構（gòu）和高扭（niǔ）矩密度電機實現了高靈敏高動態（tài）運（yùn）動。中國電子科技集團公司第二二十一研究所（簡稱“中電科21所”）的電科機器人1號引入了視覺識別與感（gǎn）知係統、運動規劃算法，可用於智慧物流場景。

2.3全球人形機器人競爭格局

全球人形機器人競爭格局（jú）呈現出多元化、區域化和跨界融合的（de）特點。美國、中國、日本和歐洲等（děng）國家和地區是全球人形機器人企業分布最為集中的區域。美國人形機器人企業（yè），如波士頓動力、敏捷機器人、特斯拉、1XTechnologies、Apptronik和Figure等（děng），憑借其深厚的技術積累和創新能力，在全球人形機器（qì）人競（jìng）爭中處（chù）於領先地位。這些公司的（de）產品在運動控製、智能感知、人機交互等方麵具有顯著優勢。英國工程藝術公司在人形機器人設計和製造方麵也具有獨特的技（jì）術和量產成（chéng）本優勢，使其（qí）在全球市場上占（zhàn）有一席之地。日本本田公司（sī）的ASIMO係列人形機器人（rén）而聞名於世，其在（zài）機器（qì）人運動控製和智能化（huà）方麵（miàn）有著深厚的積累。小米、星動紀元、鋼鐵俠、智造未來、傅利葉智能、智（zhì）元機器人、達闥、中電科21所、鈦虎（hǔ）、優（yōu）必選、樂聚、小鵬汽車、純米、追覓科技、宇樹（shù）等公司積極推進人形機（jī）器人整機研發。這些企業通過自（zì）主研發和創新，不斷提升產品的技術水平和市場競爭力，推動了中國人形機器人產業的快速發展。

三、人形機器人發展趨勢

3.1電（diàn）機驅動：人形機器人的主流驅動形式

人形機器人的驅動類型主要分為電機驅動（dòng）和液壓驅動兩種，每種驅（qū）動（dòng）方式都有其優（yōu）勢和不足。在以特斯拉Optimus、本田ASIMO、優必選WalkerX和傅（fù）利葉智能GR-1等為（wéi）代表（biǎo）的電機驅動（dòng）中，伺服驅動器將位置、速度、扭矩等信號傳送至伺服電機。伺服電機在接收到信號後，將（jiāng）其轉換為扭矩和轉速，從而驅動控製（zhì）對象，並通過減速器調節扭矩，優化低速（sù）運動的平穩性，能夠滿足人形機器人的大多（duō）數運動需求。電機驅動（dòng）具有較好的低速運動（dòng）平穩性，具備易維護、低成本、零件（jiàn）規整等優勢，但其存在（zài）能量輸出密度低、能耗大和散熱要求高等（děng）問題。在以波士頓動力Atlas為代表的液壓（yā）驅動（dòng）中，液壓驅動核心原理是通過液體（tǐ）壓縮泵產生高壓液體，高壓強作用於缸體產（chǎn）生巨大推力，帶（dài）動機器人關節運動。液壓驅（qū）動的單位能量輸出密度更大，適應（yīng）性（xìng）強，能夠有效（xiào）實現（xiàn）仿（fǎng）人機器（qì）人的運動能力。液壓驅動存在噪音（yīn）大、易漏液、對（duì）汙染敏感、對液壓元件的精度質量要求高、對維護團隊要求高、造價高等（děng）問題。

3.2通用：人形機（jī）器人發展的必然趨勢（shì）

人形機器人發展可分為專用人形機（jī）器人和通（tōng）用人形機器人兩個（gè）階段。第一階（jiē）段，圍繞工廠製造、康（kāng）養（yǎng）、物流配送（sòng）、倉庫分揀等眾多場（chǎng）景，形成專（zhuān）用人形機器人。這一階（jiē）段的人形機器人基於特定應用場景提供定製化解決方案，但（dàn）離大規模（mó）推廣還有一定的距離。第二階段，通過技術迭代和大模型構建，打（dǎ）造適用於所（suǒ）有場景的通用人形機器人。這一階段的人形機器人（rén）將具備跨場景、跨任務的通用能力，可以適應各種（zhǒng）複（fù）雜環境，並根據用戶（hù）需求提供個性化（huà）的服務和體（tǐ）驗。

通用人形機器人的（de）發展離（lí）不開運動、操作和智能（néng）三大關鍵技（jì）術的突破。在運動能力方麵，仿人關節設計與製造、高動態控製等技術的進（jìn）步將使人形機器人能夠更（gèng）好（hǎo）地模擬人（rén）類的形態和行為。在操作能力方麵，輕量化仿人臂手設計與擬人化操作控製技術的（de）創新將賦予人形機器人更強大的操作執行能（néng）力。在智能方麵（miàn），以ChatGPT為代表的人工智能（néng）技術的（de）飛速發展，將推（tuī）動人形機器人從（cóng）弱人工智能向通用人工智能的演進。

未來，通用人形機（jī）器人（rén）的發展將（jiāng）更加注重個性化。消費者可以根據自己的（de）需求（qiú）和喜好，定製不（bú）同（tóng）功能、外（wài）觀和性能的人形機器人。這將使人形機器人更加普及（jí）化和個性化，為人們的生活帶來更多的便利和樂趣。人形機器人將不僅在工業、醫療、教育等領域得到廣泛應用，還將逐漸滲透到（dào）人們的日常生活中，成為未來社會的重要組成部分。

3.3規範和治理：人（rén）形機器人發展的重中之重

規範和（hé）治理是人形機器人發（fā）展的重中之重。作（zuò）為一名（míng）與人（rén）類緊密互動的夥伴，人形機器人涉及的安全（quán）、倫理以及社會影響問題不容忽視。在安全方麵，人形（xíng）機器人發展要重視置安全屏（píng）障、加密數據傳輸、保護用戶隱私等安全措施的製定，確（què）保人形機器人的應用不（bú）會對（duì）人類造（zào）成危害。在倫理方麵，人形機器人（rén）發展可以通過製定人形機器人倫理指南、建立倫理審查機製、登記製度、製定使用協議等方式加強倫理指導（dǎo）和監管，促使人形機器（qì）人的（de）研發和應用符合人類價值觀和倫理原（yuán）則。在社會影響方麵，政府要加大對勞動力（lì）（尤（yóu）其是弱勢群（qún）體）的技能教育和培訓投入，提供轉崗、培訓和再就（jiù）業支（zhī）持，增強新就業環境適應能力。

四、上海發展人形機器（qì）人的對策建議

上海發（fā）展（zhǎn）人形機器人具有良好（hǎo）的基礎和優勢。例如，中電科21所（suǒ）在高功（gōng）率密度微型伺服電機方麵與國際水平持平；上海交通大學在運動（dòng）控製理論、自主學習（xí）與行為發育技術、液壓驅動、功能-結構-材料-製造一體化、機械臂與靈巧手和仿生關節與脊柱等方麵有良好的研究積累；傅利葉智（zhì）能在（zài）類人（rén）仿生運動行為控製技術（shù）方麵（miàn）具有多年積累，並自主研製（zhì）了高密度一體化執行器關節；上海交（jiāo）通大學、複旦大（dà）學（xué）、上（shàng）海大學在感知和認（rèn）知領域擁有較多原創性成果。

然而，上海人形機器人發展麵臨著執行器、傳感器、專用芯片、操作係統、人機交互技術、仿（fǎng）真係統等關鍵零部件和技術競爭力差、人形機器人相關領域產研合作不深、產業化速度（dù）慢等問題。通用人形機器人是引領下一次（cì）技術革命（mìng）和產（chǎn）業革命的關鍵，具有顛覆性影響和戰略（luè）意義。為此，提出以下建議：

一是加強人（rén）形機器人（rén）關鍵核心技術研發和布局。加強執行器、傳感器、專用芯（xīn）片、操作係統等關鍵零（líng）部件和（hé）技術的研發與創新（xīn）。布（bù）局人形機器（qì）人人機交（jiāo）互技術，建立雲（yún）-邊-端（duān）係統，共享數據（jù）、模型、知識庫等，優化前端模型準確度。推進人體神經信號控製技術，腦電、肌電、視覺（jiào）、觸/力覺信息融合、人-機協同、機-機協同等技術研（yán）發，加快人形機器人運動、認知、感知等技術突破，強化類人仿生運動行為（wéi）控製技術（shù）、自主學習與行為發育技術、多模態信息的人機自然交互技術發展，探索人形（xíng）機器人學習技（jì）能、使用工具、自主學習等技術。製定引導、優惠、轉化等專項政策措施（shī），加快匯聚國內（nèi）外人形機器人領域相關企（qǐ）業和技術。加（jiā）強政府（fǔ）引（yǐn）導，沿人形機器人（rén）產業鏈布局技術聯盟，推動政府、高校、科研院所、企（qǐ）業密切協同合作，加強跨領域共性技術研發，提升人形機器人相關（guān）領域技術研發能力。

二是積極打造（zào）多樣化人形機器人應用場景。以傅利葉智能、中（zhōng）電科、達闥、智（zhì）元機器人等企業為主體，圍繞倉庫揀選、物流（liú）、康養等場（chǎng）景，加快專用（yòng）人（rén）形機器人（rén）研發。以專用人形機器人為藍本（běn），加強傅利葉智能、達闥（tà）、中電科、智元機器人等企業（yè）與博物館、科技（jì）館、景區、製造業企業等合作，積極打造適用於教育、展覽演出、遊戲娛樂、工廠製造、家庭（tíng）服務等通用場景的人形機器人。創建通用人形機（jī）器人聯盟，加快技（jì）術迭代和整合，加快通用人形（xíng）機器人發展。

三（sān）是強化產（chǎn）研（yán）合作。鼓勵人形機器人企業與科研機構組建產研聯合體，實現技術研發、產品開發、市場推廣等環節（jiē）的深（shēn）度融合。針對人形（xíng）機器人產業發展的關鍵技術難題，設立聯合研發項目，由企業和科研機構共同（tóng）承擔研發任務。加強產（chǎn）研對接平台建設，完（wán）善平台功（gōng）能，提供技術需求發布（bù）、項目對接、成果展示（shì）、交易撮合等一站式服務。設立專項資金、提供貸款貼息等方式，鼓勵人（rén）形機器人企業和科研機構（gòu）進行產研合作。

四是加快建設風險分擔機製（zhì）。加快上（shàng）海人形機器（qì）人領域（yù）風險分擔機製建（jiàn）設，合理化科學家、科研機構、企業、政府在人形機器人領域研發的風（fēng）險分（fèn）擔比例和收益獲取比例（lì）。建立容錯機製，鼓勵科研人員探索、挑戰未知（zhī），並保（bǎo）障容（róng）錯機製有（yǒu）效運行。建立上海人形（xíng）機器人領（lǐng）域中長期的投資機製，為人形（xíng）機器人的發展提供長期資（zī）金保障。

五是（shì）加強人才培養與引進。與高校、科研機構合作，建立人形機器人專業人才培養基地，提供係統化、專業化（huà）的培訓課程，培養具備專業技能和知（zhī）識的人才。定期舉辦國際人形（xíng）機器人學術交流活動，邀請國內外專家學者參與，分（fèn）享最新的研究成果和技術（shù）進展。製定針對人（rén）形機器人領域的人（rén）才引進計劃（huá），建立完善的人才引進機製，簡化引進流程，為優秀人才提（tí）供良好的發展平台和職業晉升通道。

（作者：餘（yú）全明，上海市科學學研究所博士後）

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