人形机器人发展面临的挑战及未来趋势研判|罗素姆的万能机器人_新浪财经

转自：人民论坛

作者：北京邮电大学人机交互与认知工程实验室主任、特聘研究员、博导刘伟

人形机器人(20.070, 0.27, 1.36%)是指外形或结构模仿人类的机器人，通常具备类似于人的外貌、姿势、动作等特点，能够在一定程度上模拟人类的运动和行为。人形机器人不仅可以执行日常任务，还可以进行感知、交互、运动等活动，某些高端人形机器人甚至能够表现出简单的情感和反应。人形机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制、认知技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。目前，人形机器人正在快速发展，并在多个领域展现出巨大的潜力。尽管技术上还面临诸多挑战，但随着人工智能、机器人学、人机交互、材料科学等技术的突破，未来人形机器人有望在日常生活、工作、医疗等各个领域发挥重要作用。与此同时，社会、伦理和法律等方面的问题也需要得到更多关注和解决，以实现人类与人形机器人和谐共存。

人形机器人的发展历程

人形机器人是一种具有人类外形结构和智能功能的机器人，它们不仅能够模仿人类的形态和灵活的举止动作，还能够进行复杂的环境感知、自主学习和人机交互。‌人形机器人的发展历程可以追溯到几十年以前，并经历了多个技术领域的创新与突破，涵盖了人形机器人从概念到实际应用的发展过程。

20世纪初，虽然人形机器人还没有出现在现实中，但早期的科幻小说和机械设计启发了人们的想象力。1920年，剧作家卡雷尔·恰培克在他的科幻情节剧《罗素姆的万能机器人》中，第一次提出了“机器人”（Robot）这个名词，被当成了机器人一词的起源，在捷克语中，Robot这个词是指一个服役的奴隶，这为后来的机器人研究打下了概念及理论基础。同时，早期的一些机械人形设计出现在自动化装置中，如机械人玩偶，这些装置能够执行简单的动作，但并没有复杂的智能系统。

20世纪50年代，计算机科学和人工智能的基础研究开始兴起，科学家们开始讨论如何让机器模仿人类行为。如被称为人工智能之父的艾伦·图灵（Alan Turing）提出的“图灵测试”为评估机器智能提供了标准。图灵测试是指测试者在与被测试者（被测试者包括一个人和一台机器）隔开的情况下，测试者通过一些装置（如键盘）向被测试者随意提问。问过一些问题后，如果被测试者有超过30%的答复不能使测试者确认出哪个是人、哪个是机器，那么这台机器就通过了测试，并被认为具有人类智能。1959年，约瑟夫·恩格尔伯格（Joseph Engelberger）和乔治·德沃尔（George Devol）发明了“Unimate”机器人，这是第一台工业机器人，虽然不是人形的，但为机器人技术的普及奠定了基础。20世纪初期，机器人已躁动于人类社会和经济的母胎之中，人们含有几分不安地期待着它的诞生。他们不知道即将问世的机器人将是个宠儿还是个怪物。

针对人类社会对即将问世的机器人的不安，美国著名科学幻想小说家阿西莫夫于1950年在他的小说《我是机器人》中，首先使用了“机器人学”（Robotics）这个词来描述与机器人有关的科学，并提出了有名的“机器人三原则”：一是机器人必须不危害人类，也不允许他眼看人将受害而袖手旁观；二是机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类；三是机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它作出牺牲。这三条守则，赋予机器人社会新的伦理性，并使机器人概念通俗化，从而更易于被人类社会所接受。至今，“机器人三原则”仍为机器人研究人员、设计制造厂家和用户提供了十分有意义的指导方针。

20世纪70年代，随着微处理器技术的发展，人形机器人的研究开始进入一个新的阶段，日本本田公司（Honda）于1973年推出了其早期的人形机器人，这款机器人展示了基本的机械运动能力，但其行动非常简单。20世纪80年代，日本的京都大学和东京大学等研究机构开始开发更为复杂的机器人。日本本田公司的P2和P3系列机器人逐渐具备了更好的人形外观和简单的行走能力，能够模仿一些基本的人的动作。1996年，日本国家工业科学技术研究所（AIST）推出了“HRP-1”人形机器人，这是一款具备初步步态控制和视觉系统的机器人，代表着人形机器人逐步走向实用化。2000年，日本本田公司推出了阿西莫（ASIMO）机器人，这款机器人是当时世界上比较先进的人形机器人之一，ASIMO具备了较为流畅的步态，能够完成走路、跑步、跳跃等动作，甚至能与人类进行简单的互动。WABIAN（仿人机器人）‌是由早稻田大学的加藤·高西研究室开发的一款双足仿人机器人，其设计目的是模拟人类运动，以替代人类进行康复设备的测试，解决老龄化社会中老年人行动不便的问题。该机器人模拟人类的关节分布和运动形式，行走步态与人类非常相似。

21世纪前十年间，机器人技术迅速发展，人工智能技术的突破使得人形机器人不仅具备更复杂的动作和步态，还能进行更高水平的感知和交互。2013年，波士顿动力公司推出了“阿特拉斯”（Atlas），这是一款高度灵活的人形机器人，能够完成跑步、跳跃等复杂动作，并可以在不平坦的地面上行走。Atlas标志着人形机器人在运动能力方面取得了重大突破。2014年，日本软银推出了其著名的人形机器人Pepper，该机器人能够与人类进行情感交互，具备了基础的自然语言处理和面部识别能力，成为商用和家庭用途的热门产品。2015年，波士顿动力公司的SpotMini和Spot等机器人也展示了在实际环境中行走、抓取物体的能力，虽然它们并不是严格意义上的“人形”机器人，但它们的动作与灵活性为人形机器人技术提供了参考。

2020年前后，随着人工智能、机器人技术、机器学习等领域的发展，越来越多的公司和机构开始推出先进的人形机器人。例如，特斯拉的创始人埃隆·马斯克在2021年宣布计划推出“Optimus”人形机器人，旨在为日常生活提供服务。2023年，随着大模型技术的快速发展，人形机器人技术在运动能力、感知能力、人工智能等方面取得了较大突破，新的研究尝试通过机器学习等方法让人形机器人能够在更多复杂场景下进行自主决策和互动。

随着人工智能、传感器技术、材料科学以及计算能力的进一步发展，人形机器人将趋向更加自然、灵活和智能。未来的挑战不仅仅在于让人形机器人更加人性化，还包括如何让它们在复杂的环境中高效工作，并与人类密切协作。预计未来的人形机器人不仅会在家庭、医疗、服务等行业得到广泛应用，还可能在教育、老龄化社会的照护、灾难救援等领域发挥重要作用。简言之，人形机器人的发展历程体现了计算机科学、人工智能、机械工程等多个学科领域的进步。尽管仍有很多技术难题需要破解，但人形机器人在未来将可能成为社会中的重要组成部分。

人形机器人的发展现状

近年来，人形机器人技术取得了显著进展，从基本的运动和交互能力到高度智能化的自主决策和复杂任务执行，应用范围不断拓展。人形机器人的发展现状主要包括以下几个方面：

一是已具备相当复杂的运动能力及具有一定的灵活性。通过先进的控制算法和高精度的传感器，人形机器人能够完成各种动作，如行走、跑步、跳跃、上下楼梯等。波士顿动力公司的Atlas是当前运动能力比较强的人形机器人之一。Atlas能够完成跑步、跳跃、翻滚等高难度动作，并且在不平坦地形或障碍物面前，仍能维持较高的稳定性。虽然日本本田公司的ASIMO已经相对较老，但它仍是一款经典的人形机器人，展示了复杂的步态控制和手势互动能力。其最新版本已经能够与人类进行多样化的交互，如打招呼、递物、与人对话等。

二是在感知和人机互动方面的能力显著增强。随着人工智能技术的进步，现代人形机器人在感知和人机互动方面的能力显著增强。当前已有能力为人形机器人配备高效的视觉、听觉、触觉等感知系统，使得人形机器人能够更自然地与人类交流。由日本软银推出的Pepper是一款可综合考虑周围环境，并积极主动地作出反应的人形机器人，具备情感识别和自然语言处理能力。Pepper能通过表情、语音与人类进行互动，并且能够根据人的情感状态调整自己的行为。由Hanson Robotics公司开发的索菲亚(17.870, 0.65, 3.77%)（Sophia）是一款著名的人形社交机器人。Sophia能够识别面部表情变化、进行语音交流和自然语言理解，甚至能与人类进行有深度的对话。她还具有一定的人工智能和机器学习能力，能够在互动中不断学习和适应。

三是能力得到提升并能够执行更高层次的任务。人工智能的应用使得人形机器人能够执行并完成更为复杂的任务。通过深度学习、自然语言处理、图像识别等技术，人形机器人能够在不断的交互中提升自己的能力，并执行更高层次的任务。比如，人形机器人如Pepper和Sophia能够通过语音识别和自然语言生成与人进行流畅的对话。随着人工智能算法的进步，人形机器人的语言理解和生成能力日益接近人类。又如，一些高端人形机器人正在集成自我学习的功能，通过不断接收来自环境和用户的反馈来优化行为和决策。例如，Sophia和一些研究型人形机器人在对话中能够识别情感并作出回应。

四是应用领域逐步拓展到多个实际场景。人形机器人的应用已经从最初的科研和展示，逐步拓展到多个实际场景，涵盖了教育、服务、医疗、娱乐、家庭等多个领域。人形机器人可以在商场、机场、酒店等场所承担接待、导览等工作。Pepper等人形机器人通过与顾客互动提供信息和服务，提升了用户体验。随着全球人口老龄化问题的加剧，老年人护理成为人形机器人应用的一个重要领域。例如，人形机器人可以为老年人提供监护、陪伴、情感支持等服务，甚至帮助老年人完成一些日常活动，如就餐、拿药等。还有不少公司已经开始将人形机器人应用于教育领域，尤其是在早期儿童教育领域和特殊教育领域。人形机器人可以通过互动式教学、故事讲解等方式，提高学习的趣味性和效果。目前，一些研究型人形机器人被用于辅助康复治疗，尤其是在运动功能恢复方面。这些人形机器人通过模仿人类动作帮助病人进行肢体活动，甚至可以进行心理疏导。

五是拥有一定自主性及能够同时执行多项简单任务。人形机器人逐步发展成可以独立执行任务的智能体。通过高效的算法和更强大的计算能力，人形机器人可以在动态环境中作出自主决策，并完成复杂的任务。人形机器人现在能够在动态环境中进行自主导航，避开障碍物并规划路径，执行如搬运物品、送餐等任务；能够通过视觉和传感器实时感知周围环境，并实时调整自己的行为。一些新型人形机器人已经能够同时处理语音、视觉、触觉等多模态的信息，进行复杂任务的协调。例如，它们能够识别物品、与人进行交流，同时操作机械手臂进行物品搬运。

未来，人形机器人将更加智能和具备更多功能，逐步融入日常生活的方方面面，将能够更加准确地理解人类的情感、需求，并根据情境作出适应性反应。随着人工智能技术的进一步发展，人形机器人将能够在更加复杂的环境中自主执行任务，并在与人类的互动中更智能。从家庭到工作场所，再到公共服务领域，人形机器人将广泛应用于日常生活的各个方面，提供更多的个性化服务和解决方案。客观而言，虽然人形机器人仍然面临诸多技术和伦理挑战，但它们的各项能力已经在不断提升，未来有望在各个领域发挥重要作用。

人形机器人发展面临的挑战

人形机器人作为人工智能和机器人学的前沿技术，其发展面临着诸多挑战，这些挑战既包括技术上的瓶颈，也包括伦理、社会和经济层面的难题。

❖ 第一，技术挑战。

运动能力不协调和稳定性差。目前尽管一些人形机器人（如波士顿动力公司的Atlas）在运动能力上取得了显著进展，但实现更加自然和流畅的运动仍然是一个巨大的挑战。人形机器人需要模拟人类的复杂步态、身体协调和平衡，尤其是在不平坦地面或面对外部冲击时保持稳定，这涉及到多个学科的深度融合，包括控制理论、力学、人工智能和感知技术。还有动作灵活性与平衡问题，当人形机器人需要快速奔跑、跳跃或完成复杂的动作时，如何保证其身体的稳定性以及避免摔倒，这依赖于高精度的传感器和高级算法。此外，高复杂度的运动和操作需要大量的电力支持，而现有电池技术无法满足长时间、高负荷运行的需求。这就需要开发出更高效、容量更大的能源系统。

感知能力弱和理解力差。人形机器人需要具备先进的感知系统，以便识别和理解环境中的对象、障碍物、人物和情感。这涉及到多种传感器和算法的整合，包括视觉、听觉、触觉等。通过计算机视觉来理解环境，识别物体、面部表情、动作等。即使在复杂和动态的环境中，人形机器人的视觉系统也需要快速而准确地处理大量信息。针对多模态感知的整合，如何将不同感知通道（如视觉、听觉、触觉）结合起来，以确保人形机器人能够作出更准确的判断和反应，这一过程对计算能力提出了极高的要求。

自然语言理解与生成不够准确。人形机器人需要能够理解并流畅回应自然语言，进行对话和交流。这不仅要求人形机器人能够识别语音，还要求其在对话中能够理解上下文、情感和语境，并作出适当的反应。人形机器人不仅要“听懂”人类说话的内容，还需要理解语境、情感以及潜在的意图。经济全球化的大背景下，如何让人形机器人在多种语言和方言环境下都能顺利交流，是一项技术难题。

自主决策机械化与任务执行程序化。随着人工智能技术的发展，人形机器人开始具备一定的自主决策能力，能够根据环境和任务的变化进行调整。然而，这种自主性仍然面临着许多挑战。在动态和复杂的环境中，人形机器人需要能够快速作出决策并且规划出最优的行动路径。这就要求人形机器人在运行过程中能够实时感知并处理环境变化。未来的人形机器人不仅要能够执行单一任务，还要能够同时处理多项任务，例如，在与人互动的同时执行某些动作（如搬运物品或清洁房间）。

❖ 第二，伦理与社会挑战。

人机交互的伦理问题。随着人形机器人逐渐进入日常生活，如何确保人形机器人与人类之间的交互不会产生负面的社会影响，成为一个重要的伦理问题。如果人形机器人能够识别和模仿人的情感，它们有可能被用于操控人类情感或心理，特别是在医疗、教育或娱乐等领域，如何防止人形机器人在无意或恶意的情况下影响人类行为，是需要谨慎考虑的问题。人形机器人与人类的互动涉及大量的个人数据（如语音、行为、面部表情等），如何确保这些信息的安全以及隐私得到保护，防止数据泄露或滥用，是一个紧迫的问题。

社会适应性和就业影响。随着人形机器人在服务、医疗、教育等领域的应用，许多人担心人形机器人可能会取代大量人工岗位，从而引发社会和经济问题。人形机器人技术的普及可能会影响到许多传统岗位，尤其是在低技能和重复性工作领域。如何平衡自动化带来的效率提升与不减少人类劳动力的就业机会，是一个重要的社会问题。尽管人形机器人在一些领域取得了进展，但许多人仍对与人形机器人和谐共存持怀疑态度，特别是在涉及情感交互和日常生活的领域。因此，如何提高社会对人形机器人技术的接受度，以及让人形机器人更好地融入人类社会，仍然是一个需要解决的问题。

❖ 第三，成本与经济挑战。

目前，人形机器人的研发和制造成本非常高，这使得人形机器人的商业化应用面临较大的经济压力。开发一款高性能的人形机器人涉及到复杂的硬件、传感器、软件和算法的研发，成本高昂，尤其是在人形机器人需要具备高精度的运动能力和感知能力时，制造过程的复杂性就会进一步提高。即使一款人形机器人成功上市，其价格也通常很高，这限制了其普及应用。即使是企业或政府采购，长时间的维护和更新也是一笔不小的开销。虽然人形机器人在一些行业（如高端服务、医疗、教育等）中逐渐有了一定的应用，但其普及程度仍然较低。如何让人形机器人技术惠及更多的普通消费者，并且具备良好的性价比，是当前商业化的难点。

❖ 第四，法律与监管挑战。

随着人形机器人技术的发展，各国政府和社会需要制定相关的法律和规范来应对技术带来的新问题。当人形机器人在执行任务时发生意外或出现错误，责任应由谁来承担？是开发公司、人形机器人本身，还是使用者？关于这一问题目前尚无明确的法律框架。随着人形机器人技术的发展，如何制定和执行人形机器人安全标准，确保人形机器人在与人类互动时不会对人类造成伤害，也是未来需要解决的重要问题。

❖ 第五，人类—人形机器人共生问题。

人形机器人不仅仅是工具，未来可能成为人类生活和工作的伙伴。因此，如何设计和制造符合人类需求、能够与人类和谐共存的机器人，是一项重要的课题。如何让人形机器人更人性化，能够感知、理解并尊重人类的情感和需求，进而更好地融入人类家庭、工作和社会环境？人形机器人如何适应不同国家、地区和文化的需求和习惯，这涉及到语言、行为规范、社会期待等多个方面。

人形机器人的发展充满挑战，从技术难题到伦理和社会问题，都需要跨学科的合作和创新来解决。随着技术不断进步，人形机器人可能会在多个领域扮演越来越重要的角色，但其普及和应用仍然需要解决许多技术、社会和经济问题。

人形机器人的未来发展趋势

人形机器人是人工智能和机器人学的前沿领域，其未来发展将受到多个因素的推动，包括技术进步、社会需求、伦理考量和市场环境等。人形机器人未来发展的趋势主要体现在以下几个方面：

将具备更高的运动能力与自我平衡能力。未来的人形机器人将变得更加灵活、稳定，能够执行更复杂的任务。当前已有的人形机器人（如波士顿动力公司的 Atlas）已经能够完成跑步、跳跃、翻滚等高难度动作，但为了更好地适应复杂环境和人类社会，未来的人形机器人将需要具备以下特点：一是能够模仿人类的自然运动，包括复杂的步态、手势、眼神交流等，使人机互动更加流畅和自然；二是具备高效的平衡和自我修复能力，如在不平坦的地面上行走、快速反应及应对外界冲击，甚至在摔倒后能够自行恢复站立，这将进一步提高人形机器人的适用范围和实用性。

将具备更强的感知与智能交互能力。人形机器人将在感知能力和人机交互方面取得巨大突破。随着计算机视觉、语音识别、自然语言处理和深度学习技术的进步，人形机器人将能够产生特定环境下更精准的机器视觉与物理环境理解，将通过增强现实（AR）和计算机视觉技术，实时感知周围环境，识别物体、障碍、人物以及环境中的动态变化。同时具有多模态交互能力，未来的人形机器人将不仅限于语音交互，还能通过手势、表情、眼神等方式与人类进行多样化的沟通和情感交流。更重要的是情感识别与社交能力，即通过情感计算和面部表情识别，人形机器人能够理解并回应人的情绪，这使得它们能够在医疗、教育和客户服务等领域进行更具人性化的互动。

将具有更强自主性与实现智能决策。随着人工智能技术的不断发展，未来的人形机器人将具备更强的自主决策能力，能够根据环境、任务需求以及与人的互动情况作出智能决策。人形机器人将能够根据经验不断优化自己的行为，学习新任务并自我调整以适应不同的环境和场景。这将使得它们能够更好地应对各种复杂任务，无需依赖外部指令或人工干预。未来的人形机器人不仅能够执行简单的重复性任务，还能够完成更复杂的任务，例如，进行医疗诊断、建筑设计或高精度制造。

将具备更高效的能源管理与续航能力。未来，随着电池技术、能源收集和储存技术的进步，人形机器人将能够在更长时间内自主地运行，具备更长的续航时间，借助更高能效的电池、超级电容器等新技术，人形机器人将能够长时间稳定运行，特别是在需要长期工作但又无法频繁充电的环境中（如救援任务、长期陪伴）。未来的人形机器人可能会通过环境能量收集（如太阳能(4.550, 0.03, 0.66%)、热能转换等）来延长续航时间，甚至在某些应用场景下实现“永续运行”。

将有能力进行更高水平的商业化应用与普及。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，人形机器人将在各个行业中获得更广泛的应用，成为日常生活的一部分。未来，人形机器人将广泛进入家庭中，提供如家务清洁、陪伴、照护、老人护理等服务。人形机器人将成为智能家居的核心组成部分，与其他智能设备无缝协作。在人形机器人中，医疗陪护机器人、手术助手机器人、康复机器人等将成为重要应用领域。特别是在人口老龄化社会中，人形机器人将为老年人提供护理、陪伴以及日常帮助。人形机器人将在教育领域充当教师或辅助教学的角色，提供个性化教学和学习支持，尤其在特殊教育和个性化辅导方面。

将逐步实现人机协作与融合。未来的人形机器人不仅会单独工作，还将与人类密切协作，尤其是在工业、医疗和服务等行业，人形机器人将更多地担任人类的助手角色。未来的人形机器人将与人类并肩工作，协同完成任务。如在工厂中，人形机器人可以帮助工人完成高强度的体力工作，而工人则可以专注于更需要创造力和判断力的任务。人形机器人将结合增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术，创造出全新的交互和工作体验，人形机器人还可以通过AR技术进行虚拟教学或实时数据分析，帮助人类作出更好的决策。

伦理与社会影响将逐步解决。随着人形机器人逐渐进入社会，伦理和法律问题将成为重要的关注点。未来，关于人形机器人的伦理设计、法律责任、隐私保护等方面的规范将不断厘清人机伦理和情感界限。人形机器人在与人类的情感互动中可能会带来复杂的伦理问题。比如，在陪伴老年人的场景中，人形机器人是否能“替代”人与人之间的情感交流，是否会导致孤独感加剧等，这些问题都需要全社会的深度思考与讨论。另外，人形机器人法律地位与责任问题也会提到日程上来，如何界定人形机器人在工作中的责任，谁应该为人形机器人犯的错误或导致的故障承担责任？这些问题将推动相关法律法规的建立和完善。

经济全球化与文化适应性。随着人形机器人技术的普及，如何在不同的文化背景下进行适配和设计，将是一个重要课题。人形机器人需要能够理解和适应全球不同文化和语言环境，以提供个性化的服务。未来的人形机器人将在全球范围内应用，因此，能够理解并融入不同文化的人形机器人将变得尤为重要，人形机器人需要适应不同的语言、社交习惯和文化价值观。人形机器人将在不同国家和地区提供服务，如何进行多语言的识别与理解，以及如何与当地的技术生态系统进行无缝协作，将是重要的发展方向。

未来的人形机器人将更加智能、灵活、情感化，并且将在多个领域发挥越来越重要的作用。从家务助手到医疗助手，再到工业协作伙伴，人形机器人将逐步改变我们的生活方式。随着技术的不断突破和社会的逐步适应，人形机器人有望成为人类社会的重要组成部分，给人类带来更加便捷、安全和高效的生活体验。然而，在这一过程中，如何平衡技术发展与伦理、法律等社会问题，将是实现这一愿景的关键。