人形機(jī)器人與物理人工智能的崛起

作者：Allan LAGASCA，意法半導(dǎo)體全球智能工業(yè)產(chǎn)品部機(jī)器人產(chǎn)品部戰(zhàn)略項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

機(jī)器人曾只存在于虛構(gòu)作品中，是服從指令的機(jī)器。機(jī)器人曾是人類(lèi)智能的延伸，如今它們已在現(xiàn)實(shí)世界中學(xué)習(xí)、移動(dòng)與適應(yīng)。

機(jī)器人行業(yè)正邁入轉(zhuǎn)型階段，物理人工智能和計(jì)算機(jī)大語(yǔ)言模型的技術(shù)進(jìn)步是機(jī)器人變革的主要推手，機(jī)器理解指令、解釋數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)響應(yīng)都離不開(kāi)人工智能。

簡(jiǎn)而言之，我們正步入一個(gè)機(jī)器人能像人類(lèi)一樣，實(shí)時(shí)感知并適應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的時(shí)代。像普通人一樣，這些機(jī)器人有感知能力、智力和行動(dòng)能力，能夠理解周邊環(huán)境，規(guī)劃行動(dòng)，并做出實(shí)時(shí)反應(yīng)。

隨著頭部科技公司和制造商的持續(xù)加碼投資，人形機(jī)器人正在迅速崛起，從理論構(gòu)想快速轉(zhuǎn)化為全新的前沿領(lǐng)域。

傳感器、執(zhí)行器、邊緣人工智能和高效電源系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)步是支撐人工智能技術(shù)發(fā)展的基石，而這些進(jìn)步都離不開(kāi)半導(dǎo)體行業(yè)。如今，在眾多行業(yè)和應(yīng)用場(chǎng)景中，人形機(jī)器人已開(kāi)始在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中與人類(lèi)一起安全地工作。

我們正開(kāi)啟一個(gè)與人類(lèi)高度相似的機(jī)器的時(shí)代。

為何選擇人形機(jī)器人？它的優(yōu)勢(shì)是什么？

在工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)人形機(jī)器人的關(guān)注也正受到幾個(gè)關(guān)鍵因素的推動(dòng)。

首先，民生產(chǎn)品制造業(yè)、物流業(yè)、醫(yī)療行業(yè)和服務(wù)行業(yè)正面臨著日益嚴(yán)峻的勞動(dòng)力缺口問(wèn)題。這些行業(yè)對(duì)勞動(dòng)者的體力要求高，工作具有重復(fù)性和勞動(dòng)密集的特點(diǎn)，因此，經(jīng)常出現(xiàn)用工短缺現(xiàn)象也在意料之中。雖然機(jī)器人擅長(zhǎng)精準(zhǔn)作業(yè)，能優(yōu)化作業(yè)效率，并延長(zhǎng)工作時(shí)間；但人形機(jī)器人雙手靈巧，四肢靈活，比那些通常固定在特定位置的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人能更快地適應(yīng)環(huán)境變化。

第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是對(duì)現(xiàn)有工作環(huán)境的高度適配。人形機(jī)器人以人類(lèi)為原型設(shè)計(jì)，自然適配為人類(lèi)設(shè)計(jì)的工作空間，這意味著它們能穿梭在現(xiàn)有的為人類(lèi)設(shè)計(jì)的作業(yè)空間，比如，樓梯、門(mén)廊、貨架布局、工作站等，而無(wú)需企業(yè)投入高昂的場(chǎng)地改造成本。這個(gè)優(yōu)勢(shì)大幅也降低了人形機(jī)器人商用尤其是工業(yè)應(yīng)用的門(mén)檻。

第三個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，人形機(jī)器人是推動(dòng)生物力學(xué)、機(jī)器人工程學(xué)與具身智能發(fā)展的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——而這些領(lǐng)域均屬于實(shí)體人工智能的范疇。隨著人形機(jī)器人的成本正趨近人類(lèi)勞動(dòng)力水平，且硬件與傳感器的進(jìn)步持續(xù)提升其對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的響應(yīng)與適應(yīng)能力，這類(lèi)機(jī)器人有望在未來(lái)數(shù)年內(nèi)逐步融入勞動(dòng)力市場(chǎng)。

如今，人形機(jī)器人已開(kāi)始走出實(shí)驗(yàn)室。首批有意義的應(yīng)用主要集中在物流和制造兩個(gè)行業(yè)，承擔(dān)物料搬運(yùn)、簡(jiǎn)單組裝等工作；同時(shí)，醫(yī)療輔助、零售服務(wù)和基礎(chǔ)檢測(cè)等職能領(lǐng)域也有早期試點(diǎn)應(yīng)用。

機(jī)器人智能的基礎(chǔ)

物理人工智能是指人工智能與物理系統(tǒng)的融合，人工智能被直接嵌入物理實(shí)體中，使其能實(shí)時(shí)感知、行動(dòng)，并適應(yīng)環(huán)境的變化。人工智能配合物理實(shí)體，與真實(shí)環(huán)境互動(dòng)，不同于在數(shù)據(jù)中心通過(guò)數(shù)據(jù)模擬運(yùn)行的大語(yǔ)言模型。物理人工智能執(zhí)行實(shí)時(shí)交互的核心元件包括：負(fù)責(zé)感知的傳感器、負(fù)責(zé)解釋數(shù)據(jù)的計(jì)算模塊以及負(fù)責(zé)行動(dòng)的執(zhí)行器。

物理人工智能的實(shí)現(xiàn)，并非是依靠任何某一項(xiàng)技術(shù)突破，而是依靠一個(gè)高集成度半導(dǎo)體平臺(tái)，該平臺(tái)將感知、算力、運(yùn)動(dòng)控制、電源管理、通信連接和功能安全整合為一套確定性的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

真正的三維感知需要深度感測(cè)、環(huán)境建模和目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)。機(jī)器人主要是利用全局快門(mén)CMOS圖像傳感器和飛行時(shí)間測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)三維感知能力。機(jī)器人必須能夠識(shí)別各種各樣的被遮擋物體，在存在傳感器噪聲、環(huán)境復(fù)雜的情況下保持精準(zhǔn)的空間定位，前兩種傳感器在其中起到了至關(guān)重要的作用。這些技術(shù)讓機(jī)器人能更精準(zhǔn)地追蹤運(yùn)動(dòng)和環(huán)境變化，從而更好地做出反應(yīng)，預(yù)防事故發(fā)生。

過(guò)去十年，嵌入式計(jì)算是技術(shù)進(jìn)步最為顯著的領(lǐng)域。邊緣人工智能處理性能和機(jī)器學(xué)習(xí)能力的飛速提升，為如今的機(jī)器人賦予了更高智能。新的創(chuàng)新成果賦能分布式智能，在邊緣端實(shí)現(xiàn)感知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、SLAM同步定位與地圖構(gòu)建、電機(jī)協(xié)調(diào)等功能。通過(guò)降低數(shù)據(jù)傳輸帶寬和減少主處理器的低優(yōu)先級(jí)處理任務(wù)，可以大幅提升機(jī)器人的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度。此外，現(xiàn)代深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法還有助于機(jī)器人軟件不斷優(yōu)化升級(jí)。

精確的運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)更直觀。人形機(jī)器人通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器，驅(qū)動(dòng)肩、頸、肘、腕、指等多處關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)類(lèi)人的肢體動(dòng)作。

正是這些核心組件的深度融合與全面集成，讓機(jī)器人從單純的程序控制的機(jī)器，轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆渲悄芎妥灾髂芰Φ闹黧w。一套復(fù)雜且完善的半導(dǎo)體解決方案，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的完美融合，讓人形機(jī)器人在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中，精準(zhǔn)、安全、智能地執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。

在人形機(jī)器人的研發(fā)過(guò)程中，這種系統(tǒng)級(jí)集成是主要技術(shù)難點(diǎn)，也是實(shí)驗(yàn)原型機(jī)與規(guī)�；�平臺(tái)的重要區(qū)別。

現(xiàn)有挑戰(zhàn)與發(fā)展方向

人形機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及應(yīng)用，仍需攻克諸多難題。這些挑戰(zhàn)不僅包括與現(xiàn)場(chǎng)部署相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，還涉及軟件優(yōu)化、數(shù)據(jù)安全、成本控制、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。不過(guò)，這些問(wèn)題正在被快速解決，高盛預(yù)測(cè)，2028至2031年消費(fèi)類(lèi)人形機(jī)器人將在經(jīng)濟(jì)效益上具備可行性。

人工智能、先進(jìn)傳感器、高性能半導(dǎo)體和下一代機(jī)械系統(tǒng)的持續(xù)創(chuàng)新，正為人形機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展創(chuàng)造機(jī)會(huì)。隨著這些技術(shù)的不斷成熟，人形機(jī)器人將從孤立的試點(diǎn)應(yīng)用，逐步被廣泛部署到工廠、醫(yī)院、倉(cāng)庫(kù)等各類(lèi)場(chǎng)景。最終，機(jī)器人將成為人類(lèi)的合作伙伴和同事，在對(duì)體力、適應(yīng)性和效率有高要求的環(huán)境中，協(xié)助人類(lèi)勞動(dòng)者安全、精準(zhǔn)、高效地作業(yè)。

受勞動(dòng)力短缺、人口老齡化和物理人工智能技術(shù)進(jìn)步等因素的多重影響，人形機(jī)器人正成為智能手機(jī)和云計(jì)算之后的新一代主要智能平臺(tái)。

隨著物理人工智能技術(shù)的成熟，機(jī)器人將具備思考、行動(dòng)、感知能力，并能與人類(lèi)協(xié)作，數(shù)字智能與物理能力的邊界也將愈發(fā)模糊。

先進(jìn)半導(dǎo)體、邊緣人工智能、視覺(jué)系統(tǒng)和執(zhí)行技術(shù)的深度融合，讓人形機(jī)器人成為未來(lái)十年推動(dòng)社會(huì)變革的關(guān)鍵技術(shù)。