人形机器人发展史：从早期原型到人工智能

 

什么是人形机器人技术？

 

人形机器人技术是设计和开发在身体结构、运动方式或能力方面类似人类的机器人的领域。尽管具体设计存在很大差异，但人形机器人通常采用受人体启发的身体结构，其中可能包括躯干、头部、手臂、双手和双腿。

 

人形机器人技术的发展史，很大程度上是一段研究人员不断尝试解决日益复杂问题的历史。早期机器证明了机器人能够重现基本的人类动作。之后的机器人逐渐学会更加稳定地行走、保持平衡、操控物体、在人类环境中移动，并执行越来越复杂的任务。

 

如今，这一领域正在进入新的发展阶段。人工智能、计算机视觉、机器学习、传感器、执行器和计算技术的进步，正在推动人形机器人从高度依赖预先编程的机器，转变为能够感知周围环境并执行更加复杂物理任务的系统。

 

快速总结

 

• 现代人形机器人研究可以追溯到早稻田大学的 WABOT-1 等项目，该机器人于 1973 年完成。

   

• 在 20 世纪 80 年代和 90 年代，研究人员越来越专注于解决双足运动、平衡以及类人运动等问题。

   

• 本田的 P 系列和 ASIMO 帮助证明了人形机器人能够行走，并在人类设计的环境中运行。

   

• NASA 的 Robonaut 项目探索了类人机器人如何使用最初为宇航员设计的工具和设备来执行有实际价值的工作。

   

• Boston Dynamics 的 Atlas 展示了日益先进的动态运动能力和全身控制能力。

   

• 包括 Agility Robotics、宇树科技（Unitree Robotics）、Figure 和 Tesla 在内的现代企业，正在以商业应用为目标开发人形机器人。

   

• 人工智能的重要性正逐渐达到与机械工程相当的程度，使机器人能够将感知、学习、规划、移动和操控能力结合起来。

   

现代人形机器人技术的起源

 

创造“人造人”的构想已有数百年历史，并曾出现在神话、机械自动装置、文学以及早期科幻作品中。然而，现代技术意义上的人形机器人需要电子技术、计算技术、控制系统、传感器以及机械工程等领域取得进步之后才有可能实现。

 

1973 年，日本早稻田大学凭借 WABOT-1 实现了一个重要里程碑。

 

根据早稻田大学的介绍，WABOT-1 被广泛认为是世界上第一台全尺寸人形机器人。该机器人由加藤一郎教授领导开发，能够用双腿行走、用双手抓取物体，并使用简单的日语进行交流。

 

与现代机器人相比，这些能力可能显得较为基础，但在当时却代表了一项重大成就。WABOT-1 证明了与人类相关的多种能力——包括移动、操控和交流——可以被整合到同一个机器人平台之中。

 

WABOT-2 与人形机器人能力的扩展

 

早稻田大学继续推进相关研究，并于 1984 年推出 WABOT-2。与主要专注于基础移动能力不同，WABOT-2 展示了更加专业化的感知和协调能力。

 

该机器人能够读取乐谱，并使用双手和双脚演奏电子风琴。在为人类歌手伴奏时，它还能够调整自己的演奏。

 

这代表了一项重要的概念发展。人形机器人技术开始超越“机器能否仅仅像人类一样外观或运动”这一问题。研究人员开始探索机器人能否协调感知和运动，从而完成复杂的人类活动。

 

20 世纪 80 年代和 90 年代：解决行走难题

 

双腿行走对人类而言几乎是自动完成的动作，但要让机器实现稳定的双足运动却极其困难。

 

人形机器人必须持续控制自身重心、协调多个关节、应对地面变化，并防止自身跌倒。因此，运动控制成为人形机器人发展过程中最核心的工程问题之一。

 

相关研究项目越来越集中于开发不仅能够迈步，而且能够以稳定、可重复方式行走的机器人。

 

日本在这一时期的影响尤其显著。早稻田大学在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初继续开发 WABIAN 系列，以研究更加自然的双足运动方式，而本田也开展了大规模的人形机器人研发计划。

 

本田 ASIMO 与广为人知的人形机器人崛起

 

本田的机器人研究成为开发实用型双足人形机器人最受关注的项目之一。

 

该公司的实验机器人逐步解决了行走、平衡、身体尺寸、运动以及在人类环境中运行等问题。这些研究最终促成了 ASIMO 的诞生，并于 2000 年正式推出。

 

ASIMO 成为全球最具辨识度的人形机器人之一，并帮助人形机器人技术进入主流公众视野。

 

这一时代的重要意义并不仅限于某一台机器的具体能力。它证明了通过持续改进执行器、控制系统、电池、传感器和机械设计，可以制造出体积越来越紧凑、能力越来越强的双足机器人。

 

工程师所面对的问题逐渐从“机器人能否用双腿行走？”转变为“能够行走的机器人实际上可以做什么？”

 

人形机器人开始使用人类工具

 

开发人形机器人的一个重要原因，是现实世界中的大量物理环境本身就是围绕人体设计的。

 

门、楼梯、把手、工具、车辆、工作站、货架以及无数其他物体，都默认了特定的人类活动范围和身体形态。理论上，能力足够强大的人形机器人可以直接与这些基础设施进行交互，而无需为了机器人重新设计每一个工作场所。

 

NASA 的 Robonaut 项目尤其能够体现这种思路。

 

NASA 于 20 世纪 90 年代开始研发 Robonaut，将其作为一种能够协助执行宇航员任务的人形机器人系统。类似人类的手和手臂，理论上可以让这类机器人操作原本为人类使用者设计的设备和工具。

 

因此，人形结构已经不仅仅是模仿人类外观的一种尝试。当机器人需要在人类设计的环境中工作时，这种结构还可能带来工程上的优势。

 

2010 年代：Atlas 进一步推动人形机器人运动能力

 

人形机器人发展的另一个重要篇章由 Boston Dynamics 和 Atlas 开启。

 

Boston Dynamics 最初是从麻省理工学院分拆出来的公司，并因开发能够实现异常灵活动态运动的机器人而闻名。Atlas 于 2013 年首次亮相，并成为研究全身运动能力的重要平台。

 

随着一代又一代产品的发展，Atlas 展示了越来越复杂的平衡、移动、物体操控和协调运动能力。

 

这也代表了工程师对人形机器人期待的又一次变化。能够在行走时保持平衡已不再是最终目标。研究人员开始越来越多地探索机器人如何在复杂环境中移动并与物体互动的同时，协调控制整个身体。

 

2024 年，Boston Dynamics 推出了全电动版本的 Atlas，同时该公司开始转向为商业应用开发这一平台。

 

人形机器人从实验室走向工作场所

 

几十年来，全球许多最令人印象深刻的人形机器人主要都是研究平台。进入 2020 年代后，行业关注点越来越多地转向商业部署。

 

Agility Robotics 就是这一转变的典型案例。

 

该公司的研发工作从双足机器人 Cassie 逐步发展到 Digit。Digit 是一款以实际任务和人类环境为设计重点的人形机器人。Agility 越来越多地将 Digit 定位于物料搬运和物流等应用场景。

 

这一发展反映了整个机器人行业更广泛的变化。衡量成功的标准已经不仅仅是人形机器人能否完成令人印象深刻的演示，而是它能否可靠、重复地完成具有经济价值的任务。

 

宇树科技的崛起

 

参与最新一代人形机器人发展的企业包括 宇树科技（Unitree Robotics）。这家中国机器人公司最初因高性能四足机器人而广为人知。

 

随后，宇树科技扩展到人形机器人领域。其 H1 平台标志着公司迈入全尺寸人形机器人开发的重要一步，而 G1 则代表了另一种方向，即打造尺寸更小的人形机器人平台，用于研究、开发以及日益复杂的具身智能应用。

 

在更广泛的人形机器人发展史中，宇树科技的崛起具有重要意义，因为它体现了整个行业发生的变化。先进人形机器人已经不再只是大学、政府实验室或少数大型企业长期研发的专属项目。

 

围绕人形机器人硬件、执行器、传感器、AI 模型、训练环境和软件，一个不断扩大的商业生态系统正在形成。

 

因此，市场对宇树科技的关注已经从机器人研究扩展到更广泛的商业和金融领域。宇树科技目前仍是一家私营公司，但市场上也已经出现了与市场对该公司预期相关的产品。希望了解这一差异的读者可以进一步了解 UNITREEUSDT 的运作方式，包括这一工具与宇树科技之间的关系，以及为什么交易 UNITREEUSDT 并不等同于购买宇树科技的股份。

 

这一区别非常重要。与市场对一家私营公司预期相关的市场工具，不应与直接持有该公司的股权混为一谈。

 

人工智能如何改变人形机器人技术？

 

机械工程主导了人形机器人早期发展的许多重要里程碑。工程师首先必须解决基本的物理问题：站立、行走、保持平衡、抓取物体、精确移动关节以及防止机器人跌倒。

 

这些挑战并没有消失。然而，人工智能正在越来越明显地改变研究人员对人形机器人能力的预期。

 

现代机器人研究不再只是为每一种可能的动作单独编程，而是越来越多地探索能够利用感知信息来判断适当行动的系统。

 

计算机视觉可以帮助机器人理解周围环境。机器学习可以帮助机器人利用训练数据改进自身行为。强化学习和基于模仿的方法可以帮助机器人培养运动和操控技能。多模态 AI 则有可能在更广泛的控制系统中，将视觉信息、语言、传感器数据和指令结合起来。

 

由此产生了一个不断发展的领域，通常被称为具身智能（Embodied AI）：人工智能通过机器人身体与物理世界互动，并从物理世界中进行学习。

 

从机器人智能到具身智能

 

现代人形机器人企业越来越倾向于将人工智能和机器人技术视为相互关联的问题。

 

例如，Figure 正在开发通用型人形机器人，同时研发旨在连接感知与物理行动的 AI 系统。该公司的发展体现了行业对整合移动、操控、感知和自主行为系统日益浓厚的兴趣，而不是将这些能力视为彼此完全独立的功能。

 

Tesla 同样将 Optimus 定位为通用型自主双足人形机器人。该公司的机器人研发重点包括平衡、导航、感知以及与物理世界互动等挑战。

 

宇树科技也正在参与这一转变，通过其人形机器人平台支持日益复杂的控制和 AI 研究。

 

这种融合之所以重要，是因为如果机械性能先进的人形机器人无法理解自己应该做什么，那么它的实际价值就非常有限。反过来，如果没有能力足够强大的机器人身体，即使先进的 AI 系统也无法完成有价值的物理工作。

 

因此，现代人形机器人的发展越来越需要同时解决这两个问题。

 

人形机器人技术的演变

 

人形机器人技术的发展史可以理解为一系列越来越具有雄心的工程问题。

 

人形机器人技术演变的主要阶段

 

1970 年代	机器人能否重现人类的基本能力？	WABOT-1
1980 年代–1990 年代	人形机器人能否协调运动并实现可靠行走？	WABOT-2、本田实验型人形机器人
2000 年代	机器人能否在人类环境中移动并进行互动？	ASIMO、Robonaut、WABIAN
2010 年代	机器人能否实现动态的全身运动？	Atlas、Cassie
2020 年代	人形机器人能否以商业规模完成有实际价值的工作？	Digit、宇树 H1 和 G1、Figure 人形机器人、Optimus、全电动 Atlas
AI 时代	机器人能否以更高的自主性进行感知、学习、规划和行动？	具身智能、多模态感知、学习型操控和自主控制

 

为什么人形机器人要设计成人类的形态？

 

从工程角度来看，并没有规定所有实用机器人都必须类似人类。在许多应用场景中，专用机器实际上比人形机器人更加高效。

 

然而，当我们考虑机器人所处的环境时，人形设计的优势就会变得更加明显。

 

工厂、仓库、办公室、住宅、医院、车辆、工具、楼梯以及无数日常物品，主要都是为人类设计的。如果机器人能够使用相同的空间和设备，那么它就有可能在无需对现有基础设施进行大规模改造的情况下执行新的任务。

 

这也有助于解释为什么移动和操控能力同样重要。双腿让人形机器人能够在人类活动方式所塑造的空间中移动，而手臂和双手则有可能让它们与原本为人类工作者设计的物体进行互动。

 

长期挑战在于如何让这些能力达到足够可靠、安全、自主且经济的水平，从而实现广泛应用。

 

人形机器人技术的未来是什么？

 

人形机器人技术的下一阶段，可能不再主要由令人惊叹的单次演示来定义，而将更多取决于可靠性、自主性、成本、安全性以及实际部署能力。

 

制造业和物流业是自然的早期应用目标，因为这些行业包含大量重复性物理任务，而且工作环境相对结构化。其他潜在应用领域包括检查、科研、危险环境、医疗辅助、酒店服务，以及最终可能进入的家庭任务。

 

然而，仍然存在大量挑战。人形机器人需要可靠的硬件、足够的电池续航能力、准确的感知能力、安全的人机互动、稳定的操控能力，以及能够应对不可预测现实世界情况的 AI 系统。

 

成本也将决定这项技术能够以多快的速度普及。即使人形机器人在技术上能够完成某项任务，如果购买、运行、训练和维护它的成本明显高于其他自动化方案，那么它在商业上仍然可能缺乏可行性。

 

从 WABOT-1 到 AI 驱动的人形机器人

 

人形机器人技术的演变已经持续了半个多世纪。

 

WABOT-1 证明了单台机器能够整合初步的双足移动、操控和交流能力。之后的项目开始专注于实现更加稳定的行走以及更加接近人类的运动方式。ASIMO 向更广泛的公众展示了数十年双足机器人研究能够取得怎样的成果。Robonaut 探索了与人类环境兼容的工作方式，而 Atlas 则将动态全身运动能力进一步推向新的高度。

 

以 Agility Robotics、宇树科技、Figure、Tesla 和 Boston Dynamics 等公司为代表的最新一代企业正在应对另一项挑战：将数十年的机器人研究转化为能够执行有实际价值工作的机器。

 

人工智能为这一演变增加了另一个维度。最终目标已经不再只是制造一台外观或运动方式类似人类的机器。新出现的挑战是制造一种能够感知物理世界、理解任务、调整自身行为、操控物体，并以越来越高的自主性采取行动的机器。

 

从这个意义上说，人形机器人技术的发展史可以概括为从模仿人体，到掌握人类运动方式，再到开发能够在人类世界中智能行动的机器这一演变过程。

 

参考资料 / 来源

 

• 早稻田大学 — 早稻田的机器人：人形机器人创新 50 年历程

   

• 本田 — ASIMO 与人形机器人技术

   

• NASA — Robonaut

   

• Boston Dynamics — 发展历史

   

• Agility Robotics — 公司与机器人发展历史

   

• 宇树科技 — 公司与发展历史

   

• Figure — 人形机器人技术发展

   

• Tesla — AI 与机器人技术