谈到机器人，或许你会想起《机器管家》安德鲁的慈祥笑容，《人工智能》男孩的好奇眼眸，《机械姬》裸露的半边面孔，《超能陆战队》大白的温暖拥抱，《我，机器人》的团队互动……它们曾经是科幻世界的想象梦境，如今却通过集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，成为人类亲密合作的现实助手。
2023年11月，特斯拉展示的人形机器人——擎天柱第二代（Optimus Gen2），凭借手捏鸡蛋、标准深蹲、30%提速等新技能，火爆出圈。从2021年8月发布Tesla Bot原型机，到2022年4月完成首次步态行走，特斯拉的人形机器人迅速进化。2022年10月，擎天柱首次亮相，展示出搬运、浇水等功能。2023年，擎天柱在行走、识别、抓取等方面高速迭代，引发全球关注。
无独有偶，国内机器人企业优必选通过港交所聆讯，即将在港交所主板上市，成为人形机器人“第一股”；宇树科技的人形机器人H1是国内首台能跑的人形机器人，其敏捷身手及稳定性声名远播；傅立叶智能率先开启通用人形机器人GR-1商业化路径；华为“天才少年”稚晖君（彭志辉）发布智元人形机器人远征A1；小米人形机器人CyberOne助力《流浪地球3》电影拍摄……
《人形机器人发展创新指导意见》提出，人形机器人有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车之后的颠覆性产品，将深刻变革人类生产生活方式，重塑全球产业发展格局。如此看来，聆听人形机器人的第一声问候，不会让我们等太久。
历史的追溯
自古至今，人类始终在探索机器人的可能性。公元前322年，亚里士多德谈到，如果每一件工具被安排好甚至自然而然做那些适合的工作……那么就再也不必有师徒或奴仆。春秋战国时期，鲁班制作了能飞三天三夜的“木鹊”，墨家打造了机关城；三国时期，诸葛亮发明木牛流马辅助运输；唐代文人酌酒行觞已有木人侍奉……
基于上述对智能体自动化的积累，人类开始赋予机器人形。1495年，达·芬奇设计出发条骑士，并绘制了西方第一份人形机器人手稿。1769年，匈牙利作家兼发明家沃尔夫冈·冯·肯佩伦建造了土耳其机器人，因与拿破仑对弈而名声大噪，但其属人为操控，自主意识有待提升。1898年，尼古拉·特斯拉通过一艘无线电遥控船，开启了机器续航的创新。
在过去的一个世纪，人形机器人的面貌日益清晰。1921年，捷克剧作家卡尔·恰佩克在戏剧《罗素姆万能机器人》中首次创造了“robot”（机器人）这个名词，源于捷克语“robota”（苦力）。1926年，德国导演弗里茨·朗在电影《大都会》中塑造了大银幕上第一个女性机器人——玛丽亚。1928年，在伦敦工程展览会上，英国展示了首个人形机器人Eric。
此后，机器人逐渐从科幻变成现实。1942年，美国科幻小说作家阿西莫夫在科幻小说《环舞》（Runaround）中提出了机器人三定律：（1）机器人不得伤害人类，或坐视人类受到伤害。（2）除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令。（3）在不违背第一及第二法则下，机器人必须保护自己。1948年，美国数学家维纳发表了《控制论》为实用机器人发展奠定了基础。1950年，“人工智能之父”图灵发表论文《计算机器与智能》，提出“图灵测试”，以判断机器是否可以模拟人类智能。
机器人的理论指导实践。1954年，美国人乔治·德沃尔设计了第一台可编程的工业机器人，7年后申请了该项机器人专利。1959年，美国麻省理工学院的伺服机构实验室向世人展示了计算机辅助制造，一台铣床机器人为每位与会者制造了一个纪念烟灰缸。1962年，美国万能自动化公司的第一台机器人Unimate在美国通用汽车公司投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。1966年，斯坦福大学人工智能研究中心开始了谢克机器人（Shake The Robot）的研发工作，这是第一台移动机器人，它被赋予了有限的观察和环境建模能力，控制它的计算机要填满整个房间。
进化的阶段
从20世纪70年代开始，人形机器人发展进入快车道。大致可分为四个阶段：
1969年至1995年的缓慢静态行走阶段。1973年，日本早稻田大学加藤一郎教授研发出世界上第一款人形机器人WABOT-1，它具有肢体控制系统、视觉系统和对话系统，胸部装有两个摄像头，手部装有触觉传感器。虽然WABOT-1行走一步需要45秒，步伐也只有10厘米左右，但在当时已经震惊了全世界。
1996年至2015年的连续动态行走阶段。2000年10月，本田公司发布全球第一款具备人类双足行走能力的类人型机器人ASIMO，它能够以接近人类的姿态进行走路、跳跃、奔跑等，升级版搭配传感器，具备判断、避障、行动等能力。
2016年至2020年的高动态运动性能阶段，以波士顿动力公司的Atlas和软银的Pepper为代表。Atlas具有较强的平衡性和越障能力，能够承担危险环境搜救任务。Pepper在行动能力的基础上配备语音和情绪识别技术，能够与人交流。
2021年至今属于初步商业化落地阶段。以美国亚马逊公司的Digit、特斯拉公司的Opitimus、中国优必选公司的Walker和等人形机器人为代表。亚马逊投资的Agility Robotics成功推出第一款商业化出售的双足机器人Digit，能够在无人干涉的环境下自行选定搬动箱子，适用于物流、仓储、工业等多种应用场景。
2021年8月，马斯克在首届AIDAY上发布特斯拉人形机器人Tesla Bot原型机（此后更名为Optimus），迭代速度惊人。
Optimus具备流畅行走、协同行走、识别并记忆周边环境等功能，并能在工厂中执行简单任务。最新版Optimus Gen2展示了双手处理复杂任务的能力，为当前人形机器人先进水平。马斯克表示，现在特斯拉已经生产了10台Optimus，预计会在2024年用于特斯拉工厂。
相比之下，国内的人形机器人行业虽然起步较晚，但通过技术专利的积累，人形机器人产业在最近10余年的时间里，实现了从落后到比肩的跨越式发展。以优必选为例，2012年推出小型人形机器人，2016年开始研发大型人形机器人Walker，并于2018年发布了第一代Walker。目前，优必选Walker已实现四次迭代，拥有视觉定位导航、手眼协调、自主运动及决策能力，实现了平稳快速的行走和精准安全的交互，可在多种场景下提供智能化、有温度的服务。
技术性复刻
人形机器人是具有与人类相似的身体结构和运动方式（双足行走、双手协作等）的智能机器人。根据《Humanoid Robots》的归纳，人形机器人可在人工作和居住的环境工作，操作为人设计的工具和设备，并与人交流。
由此可见，人形机器人的关键在于如何模仿人在各类场景下“感知—认知—决策—执行”的过程。目前，人形机器人可以分为控制部分、传感部分和机械部分。其中，控制部分包含控制系统、人机交互系统，传感部分包括感受系统、机器人—环境交互系统，机械部分包括驱动系统、机械结构系统。
人形机器人主要包含四大核心技术模块：环境感知模块、智能芯片模块、运动控制模块、操作系统模块。其中，环境感知模块主要负责数据采集与环境认知（视觉、声音、雷达、压感、光感）等传感器。智能芯片模块包括负责数据处理和算力的存储器和智能芯片。运动控制模块包括能量管理系统和动作执行系统（驱动器、控制器、减速器等）。操作系统模块包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间消息传递、程序发行包管理等。
从分类角度看，机器人可分为工业机器人和服务机器人。其中，工业机器人主要用于制造业，而服务机器人近年来覆盖养老、医疗、餐饮等场景。但它们的外形与人形尚有差距，在依照人类设计的社会环境运作中存在适配瓶颈。如果可以突破技术难关、降低商业化成本，那么人形机器人将更具备通用性，贴合需求场景，促进具身智能发展。
商业化探索
人形机器人商业化并非一帆风顺。2021年，一度生产过2.7万台人形机器人的软银公司，宣布停产Pepper。2022年，本田公司的ASIMO正式宣布退役，结束了长达22年的职业生涯。此后，伴随着人工智能大模型的出现，突破人形机器人的智能局限，推进人机交互方式的变革，也让人形机器人发展进入了产品化的新阶段。特斯拉继续释放鲶鱼效应，优必选上市引发资本市场关注，国内企业先后发布商业化产品抢占市场。
宇树科技已实现旗下四足机器人产品核心零部件的完全自主研发，并利用其在关节电机、电控系统、控制算法等方面的积累，发布了国内首款能跑的通用人形机器人——UnitreeH1，其步速与成年人相当，能小步快跑，遇到干扰还能调节平衡。宇树科技从工业制造逐步深入消费市场，H1前期市场重心为科研教育场景。
长期布局康养陪护赛道，傅里叶智能通过发布通用人形机器人GR-1，拉开了国产人形机器人量产的序幕，并已实现小批量交付。GR-1全身自由度达40个，最大关节模组峰值扭矩可达300N.m，步行速度达5km/h（约1.4m/s），可负重50kg，能够避障、应对冲击干扰等，主要应用于养老陪护、康复训练辅助、查房等场景。
彭志辉创办的智元机器人公司，发布了首款通用型具身智能机器人——远征A1。它身高175cm，重53kg，最高步速达到7km/h，全身有49个自由度，可以承重80kg，单臂最大负载5kg。智元瞄准工业制造领域，如3C制造和汽车制造，并计划2024年下半年商业化落地，力求将每台成本控制在20万元以内。
2022年8月，小米历经三年研发积累，从智能制造领域切入人形机器人赛道，推出旗下首款全尺寸人形仿生机器人CyberOne（铁大），拥有强健的四肢和敏感的神经：能感知45种人类语义情绪，分辨85种环境语义，甚至还学会了打架子鼓。同月，小米宣布战略合作《流浪地球3》，CyberOne将助力电影拍摄、特效制作等。CyberOne面向3C工厂和汽车工厂等场景，未来将融入小米智能制造体系。
除了相关企业，科研院所和高校也纷纷推出人形机器人：浙江大学的“悟空”、北京理工大学的“汇童”、中国科学院大学的“先行者”……从短期来看，鉴于人形机器人技术壁垒较高，在自由度、续航、降本等方面，各家尚处于完善产品能力阶段，同时也在积极拥抱人形机器人的新生态。
政策的指引
2023年11月，习近平总书记在上海考察时明确指出，要以科技创新为引领，加强关键核心技术攻关，促进传统产业转型升级，加快培育世界级高端产业集群，加快构建现代化产业体系。在央视新闻报道的视频中，人形机器人的出现引起广泛关注。
公开资料显示，国家出台多项政策支持人形机器人行业发展。2023年1月，工业和信息化部等17部门联合印发《“机器人+”应用行动实施方案》，以促进机器人产业的发展。9月，工业和信息化部印发《关于组织开展2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作的通知》，面向元宇宙、人形机器人、脑机接口、通用人工智能4个重点方向提出了2025年的具体目标，进一步明确了人形机器人的攻关重点与应用场景。10月，工业和信息化部再度印发《人形机器人创新发展指导意见》，首次以单独文件形式对人形机器人发展作出全面清晰的战略规划部署。到2025年，中国人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破，整机产品达到国际先进水平，并实现批量生产；到2027年，人形机器人技术创新能力显著提升，构建具有国际竞争力的产业生态，综合实力达到世界先进水平。
目前，我国的人形机器人具有一定的产业基础，已初步实现从机器人计算芯片到核心零部件的全面覆盖。《人形机器人技术专利分析报告》显示，截至2023年5月31日，中国在人形机器人专利申请数量和有效专利数量上均为全球第一。由此可见，我国和国外同行在技术和应用方面不存在代际差异。在国家政策支持下，我国的人形机器人企业可以实现并跑，并有望实现领跑。
不久前召开的中央经济工作会议强调，以科技创新引领现代化产业体系建设。要以科技创新推动产业创新，特别是以颠覆性技术和前沿技术催生新产业、新模式、新动能，发展新质生产力。这充分体现了国家对于科技创新的高度重视，为人形机器人产业发展提供了方向性指引。
国际的趋势
全球市场研究机构MarketsandMarkets研究预测数据显示，全球人形机器人市场规模将从2022年的15亿美元提升至2027年的173亿美元，复合增长率达63.5%。而高盛则预测，到2035年，人形机器人市场规模更是有望达到1540亿美元，届时将与电动汽车市场旗鼓相当。
人形机器人产业正迎来快速爆发期，入局者包括两类：科技公司，如波士顿动力、特斯拉、亚马逊、本田、优必选、小米等，主攻产品市场化；科研院所和高校，如麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院、清华大学、北京理工大学等，布局研发专利。
从未来商业化方向看，“电机+减速器”或成为未来推广人形机器人的首选方案。目前仅有波士顿动力的Atlas采用电液混合驱动，其他企业基本采用电机驱动。前者虽然功率更大，但存在噪音、漏液、污染、精度、维修等问题，导致制造成本高，商业化难度大。因此特斯拉、优必选、小米等企业均选用性价比更高的电机驱动，或将成为市场主流。
从应用场景来看，随着人形机器人功能迈向多样化和普适化，产业分工日趋成熟，成本持续下探，人形机器人有望先在工商业普及，逐步拓展至家用、公共领域。按照特斯拉CEO马斯克的预测，在未来，人形机器人数量将远超电动车，假设人形机器人与人口比例为2∶1，未来人形机器人需求量有望达到100亿～200亿台。
未来的样貌
新科技正在以前所未见的方式塑造和撼动支撑人类社会的每一根支柱。机器无论是狭义上的硬件装备，还是广义上的软件、算法和人工智能，都在对经济发展、社会关系、政治结构、流行文化产生深远影响，甚至正在改写万物的基础运行法则。
人与机器的关系日趋紧密，而且机器的能力在很多领域都正在逼近甚至已经超越人。因此探索人机协同进化、相互影响和深刻塑造的生命间的共生关系，有助于我们更加理解人形机器人为代表的通用人工智能的未来。
人形机器人像人，其设计初衷是制造一个能超越人类自身生产力的工具，从而将人类从重复、枯燥的岗位中解放出来，从事更具创造力的事业。正如美国作家哈伯德所说，“一部机器可以做50个普通人的工作，但没有哪部机器可以完成一个伟大的人的工作”。
因此，人类仍需要尊重历史选择、探索宇宙奥秘、坚守情感价值、激发未来想象，在继承传统的同时，敢于开拓创新、防范风险挑战，才能保证在通用人工智能时代，与人形机器人等新生事物和谐共处，共同书写人类社会文明的崭新篇章。
本文刊载于《金融博览》2024年第1期
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