人体的一切都是那么美妙。

德国慕尼黑工业大学教授尤韦·哈斯(Uwe Haass)的这句感叹,道出人类百年来对“人形机器人”的偏爱和痴迷。在各式科幻小说和电影中,我们能见到它的投射:是《复仇者》中的终结者T-800,也是《钢铁侠》中的钢铁装甲。

人形机器人,正加快向我们走来的步伐。

今年3月初,工信部部长金壮龙在国新办新闻发布会上提到,将加快布局人形机器人等前沿领域。刚过去的全国两会上,全国人大代表,小米集团董事长兼CEO雷军就“高质量发展”建言献策,首次提出推动仿生人形机器人快速发展的建议。与此同时,特斯拉公司创始人马斯克公开放言:“未来,人形机器人的数量甚至比人类更多,将不止1:1。”

人形机器人,还有多久能走入我们的生活?我国的人形机器人研究,正处于什么样的发展阶段?带着这些问题,我们在浙江省内、外探访,见证这个“赛博梦”(Cyber,意为仿生、人工智能)从幻想走向现实。


“大脑”:机器之魂

“人形机器人,也可以叫‘仿生人’,指那些模仿人类外观和行为的机器人。人们创造初衷,是让它们帮助完成重复、枯燥以及危险的工作。”浙江大学机器人研究院院长助理王进向潮新闻记者解释,“某种意义上,它们是人能力的延伸。”

1927年,美国西屋公司制造了世界上第一个人形机器人“Televox”。

这是科技长河中,人形机器人跃起的第一朵浪花。

随后日本、欧盟等开启了这项研究,尤其日本一度遥遥领先,如早稻田大学研发的全球首个全尺寸人形“智能”机器人WABOT-1,本田公司能“跳舞、踢足球”等玩花活的ASIMO(阿西莫)。

因核心技术无法突破、商用价值不高同时造价又不菲,人形机器人一度陷入发展的泥沼。近年来人工智能的发展,人形机器人重新“站上C位”。强大的算法加持下,人形机器人能够自主决策、完成任务,拥有了类人的逻辑、沟通能力,还能模拟出人类的情感和情绪。

当地时间2022年3月17日,日本本田公司向媒体展示设计生产的人形机器人

在杭州之江实验室智能机器人研究中心,一支百人团队正以“最强大脑”和“最强本体”两大模块推进,研发全新的“人形机器人”整机。听说,这个机器人已经“出生”了,但尚未对外正式展示,它的算法表现力如何?潮新闻记者前去探访。

“高1.65米,重72公斤,去年底刚刚调试完。”一见面,之江实验室智能机器人研究中心副主任宋伟,便向潮新闻记者展示了这台白色的人形机器人。宋伟介绍,这是团队研发三年的成果,“名字还没正式取,暂时叫‘小之’。它的学习速度比人类婴儿快多了,半岁不到就能对答如流!”

我们决定试试。走近“小之”,朝它挥挥手。小之抬起手臂,清脆地打了声招呼:“你好!请问需要带您参观展厅吗?”宋伟在旁解释,因为“小之”身上有敏锐的传感器,那是机器人的感官,“刚刚,它捕捉到了你的挥手动作。因为不需要‘唤醒’,实验人员在小之身边聊天时,‘小之’还会主动加入谈话。”

“这个是什么?”第二次试探,记者打断“小之”海洋生物知识的讲解,指向展板上的鱼类图片问道。想了想后,“小之”脱口而出——“深海鱼,常常可以在大洋深处见到……”这是“小之”进阶版的技能,即使在“这个”“那个”的模糊指令下,依然能匹配出最精确答案。

“具体来说,‘小之’通过视觉及听觉等多模态情景的感知,利用目标追踪、场景理解等技术生成数据,并模拟人脑进行算法处理,最终执行任务。先感受思考、后决策执行,这和人类是相似的。”宋伟说,这样的自主决策系统,可称之为机器人的‘大脑’,也是‘机器之魂’。

听懂人、理解人,某种程度上是为更好与人交互。情感交流是研究人机交互的切入点,当机器人也会忧伤、开心、冷静时,人们距离向他倾吐心事也就不远了。

1998年起,中国科学技术大学就开始研究智能机器人,他们研发的“佳佳”机器人在情感交互体验上走在前列。近两年,研究团队将“佳佳”的核心技术升级,制造出仿生大熊猫机器人“小川”,它具备了超乎普通机器人的情感能力。

今年1月,员工“小川”到成都的大熊猫繁育研究基地正式上班。你可以看到游客和小川这样互动——游客:“你怎么还‘凶’我?”小川:“那我抱抱你”,并张开双臂;游客:“我不要你抱。”小川:“我难过了”,并用手蒙上眼睛。

中国科学技术大学机器人实验室在读博士梁聪说:“通过构建情感引擎,熊猫机器人‘小川’有了情感起伏,并且还会有记忆。在不同的情绪下,对同一个问题的反应是不同的。当你批评它后,难过的它会拒绝或消极回答下一个问题。”

经过情感训练的机器人,未来可能以“陪伴者”的角色进入家庭、养老院等,类似于宠物猫和狗一样,在人们孤独时给予情感的抚慰。还有多久能实现?“从技术上来说,大约还有5年时间。”梁聪回答。


练“肌肉”:为更快、更强

波士顿动力发布的视频里,机器人Atlas灵活地上下台阶、多轴翻转、前空翻,完成任务后还会给自己打call鼓劲,让人不禁为其流畅的运动能力、极高的协调性所惊叹。这些“逆天”动作背后,除了大脑层面的控制算法,还涉及到支撑运动的核心零部件的关键能力。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所,另一支“百人团队”正持续多年攻坚。这个精密驱动与智能机器人团队,做的事更为精细——造出“够有爆发力、够轻”的机器人关节。

机器人Atlas

“爆发力强,能给予跑、跳以支撑。”副所长杨桂林解释,连接机器人四肢的关节,专业名词叫“机电一体化关节”,由电机、减速器、传感器、驱动控制器等组成,在功能上相当于人类的肌肉,是人形机器人灵活运动的基础。

为什么要轻?“未来机器人进入家庭后,身体过重可能对人造成较强的冲击力,减轻重量的意义在于能够更好地与人交互、共融,减少风险的发生。”杨桂林说。

其中,“关节电机”是驱动手臂运动、腿走动的能量之源。锚定“关节电机”8年,杨桂林团队做出产品,不但轻巧,且爆发力强。一项对比数据显示,在电机“功率密度”“过载能力”等性能指标上,已高过德国某知名品牌,达到国际一流水平。

杨桂林(右一)和学生在实验室研究协作机器人人机交互问题

为机器人瘦身,也是宋伟考虑的问题。“体重72公斤,‘小之’还需要减减肥。”宋伟笑着告诉潮新闻记者,“去年年底,我们运用3D金属打印技术,在机器人局部‘骨骼’强度不变下,腿部重量减轻了30%。”宋伟了解到,Atlas也采用了这样的技术。

对人形机器人来说,让双足如何行走,是行业公认的一大难关。实现“够轻”“够有力”,最终目的就是为了走得更快。

经过团队不断调试、验证,如今“小之”在现实环境中最快行走速度达“6公里/小时”,相当于成人走路的速度。今年,之江实验室团队将继续突破这一速度,实现从“走”到“跑”的跨越。

潮新闻记者采访下来发现,浙江省的人形机器人研究集中度不高,主要在科研院校、研发平台,且在一定的技术领域有其优势,像“整机”型的机器人在之江实验室、浙江大学等已经能见到,比如“晓乐”机器人可以弹奏钢琴曲,“悟”“空”机器人会打乒乓球。

北京理工大学智能机器人研究所所长余张国告诉潮新闻记者,从全国来看,得益于国家相关科技计划的支持,北京理工大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学、中科院自动化研究所等高校、研究所围绕人形机器人开展了大量研究,成果不俗。“我国人形机器人的行走、奔跑、跳跃等运动能力接近国际最领先水平。优必选的Walker X、小米的CyberOne等产品代表了当前中国企业人形机器人产业化水平。”余张国说。

之江实验室“晓乐”机器人。

不过,“做人”难,这是业内共识。机器人被誉为制造业皇冠顶端的明珠,其需翻越的高山足以想象。它横跨多门学科,是高度复杂、刚柔耦合的动力学系统。没有科研能力、没有战略定力,一般人不敢轻易涉足。“既然这么难,为什么还要去做?”潮新闻记者将这个问题提给之江实验室。

宋伟说,向难处行,是为了以此为牵引,加快发展、实现突破,从而带动相关产业的发展。之江实验室采取“沿途下蛋,择机开花”的研发策略,人形机器人所涉及的本体硬件设计、一体化关节、运动控制技术,成熟一项,就向其他领域转移一项。

“我们的弹琴机器人‘晓乐’,已经优化到第三代,其机械臂的定位精度误差控制在0.03毫米左右,往长远看,就可以转化到养老助残服务领域。还有一体化关节技术,完全适用于工业机器人。”宋伟说,“开春以来,已对接三四家相关企业的需求,希望尽早赋能产业。”


人形机器人,必须像人?

“人形机器人”,顾名思义,理应拥有类人的大脑、有手有脚,甚至身高大小也相当。科学家设计成“人形”的考虑,是为了有朝一日,机器人可以使用一切人类使用的物品,并适应目前人类的环境——比如设计成双足而非滚轮式,就基于双足较强的通行能力,轻松上下楼梯,跨越障碍。

但随着研究的深入,科学家们发现,未来实际应用的人形机器人长什么模样,未必有标准答案。就这个问题,中国科学技术大学及浙江大学的专家们谈了谈他们的看法。

“进入家庭的机器人,需兼顾功能性和安全性。”中国科学技术大学机器人实验室主任、教授陈小平认为,“中国科大团队早就研制出‘佳佳’‘可佳’机器人,从功能角度来说,可以适用于各类场景。但在投入市场之前,需充分考虑其安全性问题,比如在家务劳动中,会不会存在机器人被碰倒,又砸到周边人的风险。”

这样的风险,曾发生在实验室中。中国科大实验室软机器人组博士研究生姜皓举了个例子,团队在对机器人测试实验时,刚性的手臂无缘故地发生意外,“啪”一声打到实验人员的下巴。“那一下,还是挺疼的,万幸没有受伤。”姜皓说,这样的意外值得被重视,如果是软体手臂,输出的力量要比刚性的小很多。

早从2010年起,团队转而研发一款更灵活、更安全的柔性手臂。这款手臂更像“象鼻子”,拥有无限的自由度,且造价成本低。现在,走进中国科学技术大学附属第一医院康复科,你会发现这款机器人正在为患者喂饭、擦身。

情感交互、场景理解、任务规划、运动规划……中国科大的机器人团队正分组攻坚关键技术。“最终多模块技术成熟后,再进行集成。至于未来的机器人,是双足还是多足,是不是一定像人,会根据不同的应用场景而定。”陈小平说。

浙江大学机器人研究院院长助理王进认同这一观点,“人形机器人功能越多、自主性越高,带来的技术挑战将会更大,安全性可能随之降低。”

但也需要看到的是,人们更容易接受人类外表的机器人,当它们像人一样走路、说话、微笑,是‘自由个体’而非单纯‘机器’,会给人带来安全感、亲切感,让人与之更自然地互动。“所以,如果机器人的人形外貌能在安全性和实用性之间取得平衡,将是最佳结果。”王进说。


人工智能时代,机器人会走向何方?

ChatGPT凭实力出圈,也让人们展开对“人形机器人新拐点”的讨论。王进认为,借助ChatGPT等人工智能实现自主语音交互,可能是人形机器人最先取得突破性进展的点,“通过数据、算力大规模训练,机器人就可以直接与人类进行实时音视频交流,实现智能化、人性化的沟通和服务。”

也有专家表示,与ChatGPT身处虚拟世界不同,我们身处的世界,是动态的、充满变化的复杂世界。这是机器人不得不去面对的问题,“比如随时随地出现的突发情况,机器人如何精准识别感知、自主化思考,进而与现实世界交互,只有做到这些,才能和人类一起适应这个世界。”


抢滩:“做人”时机到了吗?

风起时,皱痕再微小,湖水亦能感知。

杭州市临安区新剑机电传动董事长单新平,属于最早感知风向的人之一。他的产品,应用到了特斯拉“擎天柱”机器人身上。

好学、敏锐的浙江民营企业家特质,在单新平身上展露无疑,并影响着他在15年前做出的投资决定。靠着一趟趟飞到日本、美国蹭传动学术会议,单新平从信息海洋中打捞起这款产品“行星滚柱丝杠”——略带科幻味道的名字,最小一只手就可以握住,未来可适用于新能源汽车、人机协作与服务机器人。

单新平向潮新闻记者展示的产品——行星滚柱丝杠。

未来有多远?不知道。单新平想:“这既符合企业超精密生产的定位,看上去又足够科幻、前沿。为什么不试试?”他决定赌一把,“每年研发投入占比达13%,持续在日本、美国、德国布局销售团队。”

后来,特斯拉通过中间人找到单新平。2022年,特斯拉发布的“擎天柱”机器人身上,就有了他公司生产的零部件,大、中、小规格共14个。

据专业人士测算,人形机器人的核心零部件占整机成本70%左右,一旦量产的话,将打开上下游达亿万级市场。

“这样的产业在浙江基础深厚,比如相当于人类眼睛的视觉传感器,海康威视、浙江大华等公司接近世界先进水平;在自然语言处理和应答方面,阿里巴巴、杭州一知智能等企业已有多年累积的基础;在核心零部件上,像中科院宁波材料所的伺服电机、双环传动的精密减速器,均是行业内的佼佼者。”王进介绍说。

在省科技厅高新技术处有关负责人看来,浙江正全力构建“315”科技创新体系,提及打造“互联网+”、生命健康、新材料三大科创高地,“包含智能计算与人工智能、智能控制与先进技术等领域的布局,会为人形机器人产业发展提供坚实支撑。”

在中国,人形机器人何时会进入人们的生活?专家预测,大约10到20年时间。当下,我国的人形机器人还处于技术展示阶段,距离国外的商用阶段还有一段距离。接下来,在技术上要解决仿人技能迁移学习、行为智慧决策、多传感融合力位自主柔顺等核心问题,这需要依赖新材料、计算机、人工智能、生命医学等前沿学科的进一步交叉融合。