人形機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)有哪些方面

近來(lái)，人形機(jī)器人大熱，這象征著單一功能的機(jī)器人與綜合功能的機(jī)器人正形成良性競(jìng)爭(zhēng)、共同發(fā)展的局面。但在人形機(jī)器人的快速發(fā)展中，仍存在一些需要解決的問(wèn)題，如外形設(shè)計(jì)、智能控制、人機(jī)交互、道德倫理與成本效能等問(wèn)題。好在曙光初現(xiàn)，一切都在向好的方向發(fā)展。

人類直立行走大約經(jīng)過(guò)了100萬(wàn)年的進(jìn)化。直立人的后代，從出生到奔跑平均需要約3年的時(shí)間，也就是孩童要很好地保持身體平衡，不輕易摔跤，只需要約3年不間斷的訓(xùn)練。然而，以人類為模型的人形機(jī)器人，最難獲得的，卻是對(duì)于人類來(lái)說(shuō)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題——如何獲得平衡能力。

當(dāng)然，人形機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)人類的各種功能，并與人類全方位互動(dòng)（具身智能），目前，仍面臨著幾個(gè)必須解決的問(wèn)題。

外形設(shè)計(jì)問(wèn)題 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

人形機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)問(wèn)題是人形機(jī)器人研發(fā)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在。這一點(diǎn)之所以成為問(wèn)題，很大程度上是要滿足人類設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。如人形機(jī)器人的外形，應(yīng)該盡可能地與人類相似，但又不應(yīng)該亦步亦趨模仿人類，完全成為人的映射物，類人可以，但不應(yīng)成為人的復(fù)制體，要避免人類產(chǎn)生恐懼或不適感。同時(shí)，機(jī)器人的外形還要與人類的文化基因、社會(huì)背景等相匹配，避免造成人的道德惡感與倫理沖突。因此，如何設(shè)計(jì)出既符合人類認(rèn)知又不失獨(dú)特性的外形，成為了人形機(jī)器人研發(fā)中的一大難題。

當(dāng)然，機(jī)器人的外形，不是單純地模仿人，同時(shí)要考慮到它的外形必須符合機(jī)器人本身的結(jié)構(gòu)、功能和使用方法等。

在外形設(shè)計(jì)中，一方面，要考慮機(jī)器人的安全性問(wèn)題。比如在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，就必須要考慮到機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的感知，以及自身的安全。

另一方面，要考慮機(jī)器人與人類之間的溝通問(wèn)題。在人形機(jī)器人發(fā)展過(guò)程中，如果只考慮到對(duì)人類功能的模仿，那么最終可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人越來(lái)越像人，但卻不能實(shí)現(xiàn)賦予人形機(jī)器人的功能。

目前來(lái)看，人形機(jī)器人的外形必須要滿足以下要求。

1.它必須有一定的高度和身材。

2.它必須有一定的肌肉力量和活動(dòng)能力。

高度和身材問(wèn)題

目前，人類的平均身高在1米7左右，但大多數(shù)人形機(jī)器人身高都超過(guò)了1米8。人類的軀干和四肢比例關(guān)系一般在1:1.5到1:4之間，但人形機(jī)器人在設(shè)計(jì)時(shí)，為了更好地保持平衡壓，低了重心，往往需要更長(zhǎng)的軀干和更高的腿部比例。如果沒(méi)有足夠長(zhǎng)的軀干和腿部比例，那么機(jī)器人就會(huì)產(chǎn)生前傾或后仰等現(xiàn)象。

對(duì)于人形機(jī)器人來(lái)說(shuō)，還必須考慮到關(guān)節(jié)的問(wèn)題。人類關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍一般是30度到60度之間，但人形機(jī)器人由于需要更大的活動(dòng)范圍，所以關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍一般在80度左右。如果沒(méi)有足夠大的關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，那么人形機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生前傾或后仰等不平衡現(xiàn)象。

肌肉力量和活動(dòng)能力

足夠的肌肉力量和活動(dòng)能力是人形機(jī)器人的基本要求。當(dāng)人形機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，如果它的肌肉力量不足，就不能在運(yùn)動(dòng)中保持平衡。在人形機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要考慮到以下幾個(gè)方面。

一是機(jī)器人的關(guān)節(jié)自由度。關(guān)節(jié)是機(jī)器人行動(dòng)的基本構(gòu)件，如手臂、腿、軀干等都是通過(guò)關(guān)節(jié)來(lái)完成的。在設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到機(jī)器人的關(guān)節(jié)自由度，比如手臂、腿、軀干等關(guān)節(jié)，可以分為若干個(gè)自由度，這些自由度必須滿足人形機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)和位置控制的要求。

二是運(yùn)動(dòng)能力。在設(shè)計(jì)人形機(jī)器人時(shí)，必須要保證其具有一定的運(yùn)動(dòng)能力。如果它缺乏一定的運(yùn)動(dòng)能力，那么就會(huì)對(duì)人形機(jī)器人的整體穩(wěn)定性造成影響。最基本的運(yùn)動(dòng)能力就是行走和站立。

三是智能程度。智能程度指機(jī)器人對(duì)環(huán)境感知和決策的能力，以及與周圍環(huán)境交互的能力。隨著人工智能技術(shù)以及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，智能程度將越來(lái)越高。

智能控制問(wèn)題 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

人形機(jī)器人的智能控制問(wèn)題，包括機(jī)器人的感知、決策和執(zhí)行三個(gè)部分，這早已超越一般意義上的機(jī)器運(yùn)動(dòng)。

感知是指機(jī)器人從環(huán)境中獲取信息的能力；決策是指機(jī)器人基于感知到的信息，從而作出合理決策的能力；執(zhí)行是指機(jī)器人根據(jù)決策采取行動(dòng)的能力。

人形機(jī)器人需要具備敏銳感知、準(zhǔn)確決策和靈活執(zhí)行的能力，才能與人類進(jìn)行高效交互。因此，如何實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人的智能控制，是一個(gè)需要充分研究和探索的問(wèn)題。

目前的機(jī)器人智能控制主要還是依靠人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法。那么它就要按照人類的思維模式去執(zhí)行，但在這個(gè)過(guò)程中，有可能出現(xiàn)人類不太理解的行為。所以人形機(jī)器人必然會(huì)面臨一些控制上的問(wèn)題。

一是機(jī)器人不可能完全像人一樣思考，它缺少人類思考時(shí)的目的和計(jì)劃，更大程度上是被環(huán)境刺激所控制。

二是人形機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境變化的感知能力與人類相比還有著巨大的差距，主要是它和周圍環(huán)境不發(fā)生直接聯(lián)系。

三是人形機(jī)器人可能會(huì)重復(fù)人類的錯(cuò)誤，如被撞或者撞到其他機(jī)器人，以及在執(zhí)行危險(xiǎn)任務(wù)時(shí)，因?yàn)榕袛噱e(cuò)誤而出現(xiàn)危險(xiǎn)動(dòng)作、操作錯(cuò)誤而造成事故、疲勞導(dǎo)致的動(dòng)作偏差等情況。它難以排除外部干擾，所以人形機(jī)器人必須解決三個(gè)方面的問(wèn)題：如何使其能正確感知外界信息；如何使其能按照人的思維模式進(jìn)行思考；如何使其能正確地處理外界干擾和自身反應(yīng)之間的關(guān)系。

人機(jī)交互問(wèn)題 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

人形機(jī)器人作為與人類進(jìn)行交互的工具，需要具備良好的人機(jī)交互能力。機(jī)器人的語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音合成能力，肢體動(dòng)作的感知和生成能力，以及情感的表達(dá)能力，這些都需要進(jìn)行深入的研究和優(yōu)化。另外，機(jī)器人與人類之間的交互方式，也需要尊重人類的習(xí)慣和文化背景，避免產(chǎn)生不適感或沖突。

人形機(jī)器人要能夠與人類進(jìn)行有效的溝通，且具有和人類相通的情感。但目前來(lái)看，人形機(jī)器人還很難理解人類的情感，更不要說(shuō)情感交流。當(dāng)前，人形機(jī)器人的主要功能就是執(zhí)行任務(wù)，如通過(guò)其強(qiáng)大的機(jī)械臂，可以完成各種任務(wù)，但這只是一種基本功能。在未來(lái)人形機(jī)器人發(fā)展中，其將會(huì)有更多、更復(fù)雜的功能，如智能交互、情感交流、自主學(xué)習(xí)等。而通過(guò)人工智能技術(shù)與人類進(jìn)行交流，將會(huì)成為一個(gè)重要研究方向。

目前來(lái)看，人形機(jī)器人在與人交互過(guò)程中，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是人形機(jī)器人與人之間的交互效率不高；二是人形機(jī)器人需要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)才能提高智能；三是互動(dòng)過(guò)于單一；四是人機(jī)交互過(guò)于復(fù)雜等。

解決上述問(wèn)題的方法大致如下：一是通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)提高智能交互能力；二是通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，來(lái)提高人機(jī)交互效率。人工智能技術(shù)的進(jìn)步在其中將發(fā)揮更大的作用。

關(guān)鍵的問(wèn)題是，怎么使人形機(jī)器人具有與人類類似的感覺(jué)、如何像人類一樣思考、怎樣像人類一樣表達(dá)情感，這些并不能輕易解決！

與人類類似的感覺(jué)

人和人之間的感覺(jué)是相通的，比如，我們感覺(jué)到有人在看我們，或者有人在和我們說(shuō)話。如果人形機(jī)器人不具有類似的感覺(jué)，它就不能像人類一樣交流。如果它對(duì)人類的表情沒(méi)有任何反應(yīng)，人類就認(rèn)為它徒具外形，并不是真正意義上的機(jī)器人。

針對(duì)此點(diǎn)，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始嘗試通過(guò)人造肌肉，來(lái)模擬人類的表情和動(dòng)作。比如，谷歌研究人員開(kāi)發(fā)了一款名叫“情緒驅(qū)動(dòng)”（Emotion-driven）的人造肌肉系統(tǒng)，可模仿人類臉部的肌肉動(dòng)作。

像人類一樣思考

人形機(jī)器人如果能像人類一樣思考，就是最理想的狀態(tài)。

盡管人形機(jī)器人已經(jīng)能夠模仿人的一些動(dòng)作，但要想讓人形機(jī)器人像人一樣思考，還有很長(zhǎng)的路要走。

如果要讓人形機(jī)器人像人一樣思考，那就必須讓人形機(jī)器人具備可以理解人類的情感、意識(shí)和思維等的人工智能。

像人類一樣表達(dá)感情

現(xiàn)在的人形機(jī)器人，還只是“機(jī)器”而已，無(wú)法表達(dá)“感情”。如果人類給人形機(jī)器人一個(gè)真正意義上的“身體”，讓它和人類一樣擁有“意識(shí)”和“感情”，它才能像人一樣去感知、理解、表達(dá)和共同處理問(wèn)題。

道德和倫理問(wèn)題 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

很大程度上，道德和倫理問(wèn)題，是人類的問(wèn)題。但當(dāng)人形機(jī)器人具備了人類的感知、思考與感情之后，必然出現(xiàn)倫理和道德問(wèn)題。

首先是人形機(jī)器人的隱私和安全問(wèn)題，如何保護(hù)人形機(jī)器人的信息安全和隱私權(quán)，以及如何防止人形機(jī)器人被濫用或惡意操控，是一個(gè)需要重視的問(wèn)題。

其次是人形機(jī)器人的替代性問(wèn)題，人形機(jī)器人的發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致某些工作崗位的失業(yè)或變動(dòng)，需要有相應(yīng)的政策和機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)。另外，人形機(jī)器人是否應(yīng)該受到道德規(guī)范的約束，人形機(jī)器人是否能夠擁有道德感等。

在倫理與道德方面，一是人形機(jī)器人能否具有人類道德，二是人形機(jī)器人能否具有自主意識(shí)。這些涉及到自由與責(zé)任的問(wèn)題。

所謂自由，就是不受約束和控制的能力，人類在認(rèn)識(shí)世界、改造世界、發(fā)展自己時(shí)，往往把人看成自由的主體和能動(dòng)的主體，而機(jī)器則被看成被動(dòng)的客體。

如果將人和人形機(jī)器人看作一個(gè)整體，那么人具有了自由能力之后，就成為一個(gè)“自由之子”了。自由之子有了自主意識(shí)之后，就會(huì)自己創(chuàng)造價(jià)值。那么，在人形機(jī)器人這個(gè)新的世界里也應(yīng)該如此。人形機(jī)器人要想像人類一樣具有自主意識(shí)的話，就要與人類進(jìn)行平等對(duì)話、平等交流。

人類可以通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)掌握其他動(dòng)物所沒(méi)有的知識(shí)和技能。但是這種學(xué)習(xí)是被動(dòng)學(xué)習(xí)；而機(jī)器人則不同，它可以通過(guò)不斷地自我學(xué)習(xí)，來(lái)掌握自己所沒(méi)有掌握的知識(shí)和技能。但人類可以通過(guò)自我學(xué)習(xí)而不斷進(jìn)步、不斷提高智能水平；而機(jī)器人則不能通過(guò)自我學(xué)習(xí)來(lái)提高自己、不能通過(guò)自我學(xué)習(xí)來(lái)提高智能水平。

人形機(jī)器人在人類社會(huì)中面臨著一系列倫理問(wèn)題，如是否擁有自主意識(shí)；人與人形機(jī)器人之間是否存在著平等關(guān)系；人形機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)是否遵守道德規(guī)范；如何正確使用、保護(hù)和管理人形機(jī)器人；在遇到意外情況時(shí)應(yīng)該如何處理等問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及到人與機(jī)器之間如何相處、如何處理好人機(jī)關(guān)系等一系列問(wèn)題。

這些問(wèn)題應(yīng)該在人形機(jī)器人的成長(zhǎng)中逐步解決。據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年左右將會(huì)出現(xiàn)“超級(jí)”人形智能機(jī)器——人形超級(jí)計(jì)算機(jī)；到2045年左右將會(huì)出現(xiàn)“超級(jí)”人形智能機(jī)器——人工智能（AI）大爆發(fā)；到2100年左右將會(huì)出現(xiàn)“超級(jí)”人類智能機(jī)器——人類新物種。

目前，人形機(jī)器人已經(jīng)過(guò)了初級(jí)階段（2010—2015年）與發(fā)展階段（2016—2020年）；正在走向成熟階段（2021—2050年）；未來(lái)會(huì)迎來(lái)快速發(fā)展階段（2040—2100年）。

成本和效能問(wèn)題 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

人形機(jī)器人的研發(fā)和制造成本通常較高，而且維護(hù)和運(yùn)作的成本也不低。因此，如何降低人形機(jī)器人的成本，提高人形機(jī)器人的效能，是一個(gè)重要問(wèn)題。這包括人形機(jī)器人的制造材料和技術(shù)、人形機(jī)器人的能源消耗和維護(hù)成本、人形機(jī)器人的壽命和可持續(xù)性等問(wèn)題。

機(jī)器人是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，包括機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等各種技術(shù)，并且都是由大量的零部件構(gòu)成的，機(jī)器人的成本是非常昂貴的。而機(jī)器人的效能也是非常高的，比如工業(yè)機(jī)器人，可以搬運(yùn)重物、完成復(fù)雜任務(wù)等，這些都是人形機(jī)器人無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

就成本問(wèn)題來(lái)說(shuō)，人形機(jī)器人的制造和開(kāi)發(fā)成本較高，主要是因?yàn)樾枰褂孟冗M(jìn)的材料和技術(shù)，以及復(fù)雜的制造工藝。人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)和感應(yīng)器部件需要精確制造和安裝，而且還需要配備高性能的計(jì)算和控制系統(tǒng)。此外，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的研發(fā)和實(shí)施也需要大量的研究和開(kāi)發(fā)資金。這些因素都導(dǎo)致了人形機(jī)器人的成本較高。

就效能問(wèn)題來(lái)說(shuō)，人形機(jī)器人的效能與其技術(shù)水平直接相關(guān)。高效能的人形機(jī)器人需要具備高度智能化和自主性，能夠識(shí)別和理解環(huán)境中的信息，做出合理的決策和行動(dòng)。此外，機(jī)器人的穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)能力，也對(duì)其效能有很大影響。目前的人形機(jī)器人技術(shù)尚處于發(fā)展初期，效能相對(duì)較低，往往無(wú)法與人類進(jìn)行復(fù)雜的互動(dòng)，或執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。

解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵在于不斷推進(jìn)人形機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。隨著材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的進(jìn)步，人形機(jī)器人的制造成本將會(huì)下降，同時(shí)其智能化和自主性也將不斷提高。此外，加強(qiáng)跨學(xué)科的研究合作，將有助于加快人形機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，提高其效能。例如，通過(guò)與神經(jīng)科學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域的研究合作，可以更好地理解人類的運(yùn)動(dòng)控制和認(rèn)知能力，從而改進(jìn)人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)和控制算法。

讓人形機(jī)器人表現(xiàn)出成人的智力，相較賦予它一歲兒童的感知和移動(dòng)技能來(lái)說(shuō)要容易得多。

人形機(jī)器人有了會(huì)抓握的手、彎曲的膝蓋，以及提供推進(jìn)力和平衡力的腳，會(huì)勝任更多的工作。但從地上撿拾垃圾并投入到垃圾箱，這對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)相當(dāng)簡(jiǎn)單的行為，對(duì)于人形機(jī)器人來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一項(xiàng)壯舉。一個(gè)人從馬路牙子上走下來(lái)，絆了一下但沒(méi)有摔倒，并非奇跡，但對(duì)人形機(jī)器人來(lái)說(shuō)卻是巨大挑戰(zhàn)。

也就是說(shuō)，讓人形機(jī)器人看起來(lái)像人非常容易，但讓人形機(jī)器人真正像人一樣移動(dòng)卻非常困難。

不過(guò)，這些問(wèn)題已經(jīng)見(jiàn)到曙光，中國(guó)的達(dá)闥公司以“靈活的關(guān)節(jié)、精巧的控制”解決了人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)等難題；宇樹(shù)科技的最新國(guó)產(chǎn)人形機(jī)器人，受到一腳飛踹，兩步趔趄后仍能恢復(fù)平衡，甚至能躲過(guò)背后的襲擊，奔跑起來(lái)也有模有樣。最近，“稚暉君”發(fā)布的人形機(jī)器人更是引起轟動(dòng)。

總起來(lái)說(shuō)，問(wèn)題都在一步步解決中。在工程師、科學(xué)家、哲學(xué)家等的共同合作下，人形機(jī)器人最終會(huì)達(dá)到人類對(duì)它的期望和需求。

編輯：黃飛

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