人形機器人在智能制造場景下,自主協(xié)同完成工具收納任務(wù)。 中國科學(xué)院自動化研究所供圖
近日,一條“人形機器人進廠‘打工’”的視頻引發(fā)網(wǎng)友熱議。視頻中,人形機器人順利完成汽車門鎖質(zhì)檢、安全帶檢測、車燈蓋板質(zhì)檢等工作,還以柔順的動作極其流暢地貼好了車標。整個過程中,人形機器人展現(xiàn)出精巧的身體控制能力。
這只是人形機器人走向?qū)嶋H應(yīng)用的一個案例。近年來,人形機器人技術(shù)加速演進,已成為科技競爭的新高地、經(jīng)濟發(fā)展的新引擎。“頭腦”聰明、“四肢”靈活的人形機器人正成為未來產(chǎn)業(yè)的新賽道。公開數(shù)據(jù)顯示,到2035年,人形機器人市場有望達到1540億美元。
為什么要大力發(fā)展人形機器人產(chǎn)業(yè),人形機器人與其他機器人有什么不同,實現(xiàn)人形機器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展還需要解決哪些難題?帶著這些問題,科技日報記者采訪了相關(guān)專家。
重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局
智能機器人作為新興技術(shù)的重要載體和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵裝備,是引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展,不斷孕育新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)的戰(zhàn)略方向,是重塑我國制造業(yè)競爭優(yōu)勢的重要工具和手段,是加快我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的現(xiàn)實選擇。
“人形機器人是人工智能在物理空間的重要體現(xiàn)和關(guān)鍵裝備,是實體通用人工智能系統(tǒng)的典型代表。它是繼計算機、智能手機、新能源汽車后的顛覆性平臺產(chǎn)品,將成為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展、智能化升級的新質(zhì)生產(chǎn)力,有望持續(xù)催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)?!?月28日,全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院自動化研究所研究員喬紅在接受記者采訪時表示。
作為一種模仿人類外觀、形態(tài)和行為能力的智能機器人,人形機器人可以無縫使用人類所有基礎(chǔ)設(shè)施和工具,融入人類社會,通過AI賦能,可實現(xiàn)自然的語言交互與行為動作。其形態(tài)、交流、工作能力均像工人。因此在航空航天、智能制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家庭服務(wù)等不同領(lǐng)域、不同場景中均有廣泛的應(yīng)用前景,有望顛覆一些領(lǐng)域現(xiàn)有的發(fā)展格局。“這是人形機器人區(qū)別于其他專用型工業(yè)機器人的顯著特征?!敝袊茖W(xué)院自動化研究所博士鐘汕林說。
相比普通的工業(yè)機器人和服務(wù)機器人,人形機器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件構(gòu)成、控制算法、核心性能要求以及零部件選擇方面,都有很大的差異?!氨热?,普通工業(yè)機器人的關(guān)節(jié)數(shù)量一般在6個左右,而人形機器人關(guān)節(jié)數(shù)量在40個以上。通常人形機器人的每個關(guān)節(jié)需要一臺伺服電機,部分與行走平衡相關(guān)的關(guān)節(jié)對電機的高爆發(fā)力矩響應(yīng)和穩(wěn)定力矩輸出提出了極高的要求?!辩娚橇峙e例說。
2023年底,為推動人形機器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,培育新質(zhì)生產(chǎn)力,高水平賦能新型工業(yè)化,工業(yè)和信息化部印發(fā)《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》(以下簡稱《指導(dǎo)意見》)。
《指導(dǎo)意見》提出,到2025年,人形機器人創(chuàng)新體系初步建立?!按竽X”“小腦”“肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破,確保核心部組件安全有效供給,整機產(chǎn)品達到國際先進水平,并實現(xiàn)批量生產(chǎn);在民生服務(wù)等場景得到示范應(yīng)用。到2027年,人形機器人技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升,形成安全可靠的產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈體系,構(gòu)建具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)生態(tài),綜合實力達到世界先進水平。
業(yè)內(nèi)專家認為,高科技、高效能、高質(zhì)量是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要特征,其核心標志是全要素生產(chǎn)率的大幅提升。通過自主創(chuàng)新突破實體通用人工智能系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù),將人工智能與人形機器人深度融合,打通‘大腦—小腦—肢體’環(huán)路,對推動實體經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級、解決新質(zhì)生產(chǎn)力落地應(yīng)用所面臨的行業(yè)多、場景多、任務(wù)多等復(fù)雜問題具有積極意義。
諸多技術(shù)難題需要攻克
當前,人形機器人產(chǎn)業(yè)智能化趨勢明顯,產(chǎn)業(yè)化進程加速,應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛,更多的行業(yè)標準和開放平臺也在逐步建立。
在看到成績的同時,我們也要清楚地認識到,我國人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨多重挑戰(zhàn)。
“人形機器人從研發(fā)走向廣泛應(yīng)用,需要達到高性能、低成本、批量化三個要求。”中國科學(xué)院自動化研究所研究員劉禹說,一方面,高性能和低成本是相互制約的兩個因素。如何讓具有40多個自由度、平均體積與人相當?shù)膹?fù)雜人形機器人系統(tǒng)精準完成各類任務(wù),同時將整機成本控制在25萬元以內(nèi),是一個重要挑戰(zhàn)。另一方面,批量化與穩(wěn)定性相互制約。在如此多類型、多組件的復(fù)雜系統(tǒng)中,如何克服由于各類零部件制造誤差造成的不確定性,使批量生產(chǎn)的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作,也是一個關(guān)鍵難點。
目前,減速器、伺服電機、控制器等核心零部件占機器人整機成本的70%以上?!拔覀冃枰リP(guān)輕量化骨骼、高強度本體結(jié)構(gòu)、高精度傳感、全身協(xié)調(diào)運動控制和手臂動態(tài)抓取靈巧作業(yè)等技術(shù),以滿足人形機器人高動態(tài)、高爆發(fā)和高精度等運動性能需求,打造具有高安全、高可靠、高環(huán)境適應(yīng)性的人形機器人本體結(jié)構(gòu)。這是我國當前在核心零部件方面需要著力突破的關(guān)鍵瓶頸?!眲⒂碚f。
與人類一樣,人形機器人也有“大腦”和“小腦”。劉禹表示:“當前,我們還需要面向人形機器人復(fù)雜地形通過、全身協(xié)同精細作業(yè)等任務(wù)需求,攻克控制人形機器人運動的‘小腦’關(guān)鍵技術(shù)群;同時增強人形機器人的環(huán)境感知、行為控制、人機交互能力;攻克支撐人形機器人全場景落地應(yīng)用的‘大腦’關(guān)鍵技術(shù)群?!?/p>
在系統(tǒng)集成方面,如何將感知、認知、決策、控制等軟件算法與傳感、機械、材料等硬件系統(tǒng)有機融合,形成整體性能高于單元器件性能的軟硬件一體化綜合系統(tǒng),也是國內(nèi)外人形機器人相關(guān)研究人員面臨的共同挑戰(zhàn)。
在劉禹看來,人腦信息處理方式以及人體運動結(jié)構(gòu)機理,對于在有限傳感精度和有限本體精度條件下,構(gòu)建高性能人形機器人系統(tǒng)具有重要借鑒意義,能夠有效彌補我國在人形機器人硬件系統(tǒng)方面的不足。
未來產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景廣闊
總體來看,我國有良好的制造業(yè)基礎(chǔ)和完整的產(chǎn)業(yè)鏈,既有能力為人形機器人的發(fā)展提供技術(shù)保障,又有能力為人形機器人提供廣闊的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景。
近日,在中國科學(xué)院、工業(yè)和信息化部、北京市政府的支持下,中國科學(xué)院自動化研究所人形機器人攻關(guān)團隊自主研發(fā),突破了高爆發(fā)一體化關(guān)節(jié)、AI賦能設(shè)計、機器人大模型、類人柔順控制等核心技術(shù)。團隊還成功研制出人形機器人硬件設(shè)計和軟件開發(fā)“大工廠”,通過它可以快速設(shè)計構(gòu)建人形機器人硬件和軟件系統(tǒng),大幅度縮短現(xiàn)有研發(fā)周期,進而向搶占實體通用人工智能系統(tǒng)科技制高點邁出堅實一步。中國科學(xué)院自動化研究所人形機器人攻關(guān)團隊技術(shù)骨干李睿表示:“通過軟硬融合的方式研發(fā)核心零部件,是攻克人形機器人卡脖子技術(shù)、打造實體通用人工智能系統(tǒng)的關(guān)鍵?!?/p>
目前,北京等地已組建了人形機器人創(chuàng)新中心。這些創(chuàng)新中心充分發(fā)揮科研機構(gòu)、企業(yè)等的優(yōu)勢共融發(fā)展,將有助于培育我國人形機器人這一新質(zhì)生產(chǎn)力,為新型工業(yè)化提供高水平支撐,并推動人形機器人產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
同時,在政策支持下,我國人形機器人的應(yīng)用場景也在持續(xù)開放。人形機器人在工業(yè)制造、醫(yī)療、服務(wù)、救援等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。未來人形機器人必將成為人類的得力助手和伙伴,為人類帶來更多便利。
喬紅認為,未來人形機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)首先將聚焦3C、汽車等制造業(yè)重點領(lǐng)域,通過提升人形機器人工具操作與任務(wù)執(zhí)行能力,打造人形機器人示范產(chǎn)線和工廠,在智能制造典型場景實現(xiàn)深度應(yīng)用。
其次,人形機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)將面向惡劣條件、危險場景作業(yè)等需求,在要地警戒守衛(wèi)、民爆、救援等特種環(huán)境下,通過強化人形機器人本體安全防護能力、復(fù)雜任務(wù)智慧生成與高精度操作能力,大幅度降低作業(yè)人員的危險性。
最后,通過提升人形機器人人機交互可靠性和安全性,還可以拓展人形機器人在醫(yī)療、家政等民生領(lǐng)域的應(yīng)用,并推動人形機器人在農(nóng)業(yè)、物流等重點行業(yè)應(yīng)用落地。
隨著日新月異的技術(shù)迭代,未來人形機器人將變得更加低成本和實用化。未來幾年內(nèi),可以感知、理解環(huán)境以及與人類進行自然語言互動的人形機器人將出現(xiàn)在我們身邊。(陸成寬)
(責任編輯:蔡文斌)