人形機器人發展史：從早期原型到人工智慧

 

什麼是人形機器人技術？

 

人形機器人技術是設計與開發在身體結構、動作或能力方面類似人類之機器人的領域。雖然不同設計之間存在相當大的差異，但人形機器人通常採用以人體為靈感的身體結構，可能包括軀幹、頭部、手臂、雙手以及雙腿。

 

人形機器人技術的歷史，很大程度上是一段研究人員嘗試解決日益困難問題的歷程。早期機器證明了機器人能夠重現基本的人類動作。後來的世代逐漸學會更可靠地行走、保持平衡、操控物體、在人類環境中移動，以及執行日益複雜的任務。

 

如今，這個領域正進入另一個發展階段。人工智慧、電腦視覺、機器學習、感測器、致動器與運算技術的進步，正在協助人形機器人從高度依賴程式設計的機器，轉變為能夠感知周遭環境並執行更複雜實體任務的系統。

 

快速摘要

 

• 現代人形機器人研究可以追溯至早稻田大學的 WABOT-1 等計畫，該機器人於 1973 年完成。

   

• 在 1980 年代與 1990 年代，研究人員越來越專注於解決雙足移動、平衡以及類人動作等問題。

   

• Honda 的 P 系列與 ASIMO 協助證明了人形機器人如何在為人類設計的環境中行走及運作。

   

• NASA 的 Robonaut 探索了類人機器人如何使用原本為太空人設計的工具與設備執行實用工作。

   

• Boston Dynamics 的 Atlas 展示了日益先進的動態移動與全身控制能力。

   

• 包括 Agility Robotics、宇樹科技（Unitree Robotics）、Figure 與 Tesla 在內的現代企業，正以商業應用為目標開發人形機器人。

   

• 人工智慧的重要性正逐漸提升至與機械工程相當的程度，使機器人能夠結合感知、學習、規劃、移動與操控能力。

   

現代人形機器人技術的起源

 

創造人造人類的構想已有數百年歷史，曾出現在神話、機械自動裝置、文學以及早期科幻作品之中。然而，現代科技意義上的人形機器人技術，需要電子技術、運算技術、控制系統、感測器與機械工程等領域取得進展後才得以實現。

 

1973 年，日本早稻田大學憑藉 WABOT-1 達成了一項重要里程碑。

 

根據早稻田大學的說明，WABOT-1 被廣泛認為是全球第一台全尺寸人形機器人。該機器人在加藤一郎教授的領導下開發，能夠以雙腿行走、用雙手抓取物體，並以簡單的日語進行交流。

 

與現代機器人相比，這些能力可能顯得較為基礎，但在當時卻代表了一項重大成就。WABOT-1 證明了多種與人類相關的能力——包括移動、操控與交流——可以整合至單一機器人平台之中。

 

WABOT-2 與人形機器人能力的擴展

 

早稻田大學持續進行相關研究，並於 1984 年推出 WABOT-2。與主要專注於基本移動能力不同，WABOT-2 展示了更加專業的感知與協調能力。

 

這台機器人能夠閱讀樂譜，並使用雙手與雙腳演奏電子風琴。在為人類歌手伴奏時，它也能夠調整自己的演奏。

 

這代表了一項重要的概念發展。人形機器人技術開始超越「機器是否能夠單純看起來像人類或像人類一樣移動」這個問題。研究人員開始探索機器人能否協調感知與動作，進而執行複雜的人類活動。

 

1980 年代與 1990 年代：解決行走難題

 

使用雙腿行走是人類幾乎能自動完成的動作，但要讓機器重現穩定的雙足移動卻極其困難。

 

人形機器人必須持續控制自身重心、協調多個關節、對地面變化作出反應，並防止自己跌倒。因此，移動能力成為人形機器人發展過程中的核心工程問題之一。

 

相關研究計畫越來越集中於打造不僅能夠邁步，而且能夠以穩定且可重複方式行走的機器人。

 

日本在這一時期的影響尤其顯著。早稻田大學在 1990 年代與 2000 年代持續開發 WABIAN 系列，以研究更加自然的雙足移動方式，而 Honda 也展開了大規模的人形機器人研究計畫。

 

Honda ASIMO 與廣為人知的人形機器人崛起

 

Honda 的機器人研究成為開發實用型雙足人形機器人最受矚目的計畫之一。

 

該公司的實驗型機器人逐步解決與行走、平衡、身體尺寸、動作以及在人類環境中運作相關的問題。這些研究最終促成了 ASIMO 的誕生，並於 2000 年推出。

 

ASIMO 成為全球最具辨識度的人形機器人之一，並協助人形機器人技術進入主流大眾視野。

 

這個時代的重要性並不僅限於任何單一機器的能力。它證明了持續改善致動器、控制系統、電池、感測器與機械設計，可以製造出體積越來越緊湊、能力越來越強的雙足機器人。

 

工程師所面對的問題逐漸從「機器人能否用雙腿行走？」轉變為「能夠行走的機器人實際上可以做什麼？」

 

人形機器人開始使用人類工具

 

建造人形機器人的其中一個原因，是現實世界中的大量物理環境本身就是圍繞人體設計的。

 

門、樓梯、把手、工具、車輛、工作站、貨架以及無數其他物體，都預設了特定的人類活動範圍與身體形態。理論上，能力足夠強大的人形機器人可以直接與這些基礎設施互動，而無需為了機器人重新設計每一個工作場所。

 

NASA 的 Robonaut 計畫尤其能夠體現這種思路。

 

NASA 在 1990 年代開始研發 Robonaut，將其作為能夠協助執行太空人任務的人形機器人系統。類似人類的雙手與手臂，理論上可以讓這類機器人操作原本為人類使用者設計的設備與工具。

 

因此，人形結構逐漸不再只是模仿人類外觀的一種嘗試。當機器人需要在人類設計的環境中運作時，這種結構還可能帶來工程上的優勢。

 

2010 年代：Atlas 進一步推動人形機器人的移動能力

 

人形機器人發展的另一個重要篇章由 Boston Dynamics 與 Atlas 開啟。

 

Boston Dynamics 最初是從麻省理工學院分拆出來的公司，並因開發能夠實現非比尋常動態運動的機器人而聞名。Atlas 於 2013 年首次亮相，並成為研究全身移動能力的重要平台。

 

隨著一代又一代的發展，Atlas 展示了日益複雜的平衡、移動、物體操控以及協調動作能力。

 

這代表了工程師對人形機器人期待的另一次轉變。在行走時維持平衡已不再是最終目標。研究人員越來越多地探索機器人如何在複雜環境中移動並與物體互動的同時，協調控制整個身體。

 

2024 年，Boston Dynamics 推出了全電動版本的 Atlas，同時該公司開始轉向為商業應用開發這個平台。

 

人形機器人從實驗室走向工作場所

 

數十年來，全球許多最令人印象深刻的人形機器人主要都是研究平台。進入 2020 年代後，業界的關注重點越來越多地轉向商業部署。

 

Agility Robotics 就是這種轉變的一個典型案例。

 

該公司的研發工作從雙足機器人 Cassie 逐步發展至 Digit。Digit 是一款以實際任務與人類環境為設計重點的人形機器人。Agility 越來越多地將 Digit 定位於物料搬運與物流等應用場景。

 

這項發展反映了整個機器人產業更廣泛的變化。衡量成功的標準已經不僅僅是人形機器人能否完成令人印象深刻的展示，而是它能否可靠且重複地完成具有經濟價值的任務。

 

宇樹科技的崛起

 

參與最新一代人形機器人發展的企業包括 宇樹科技（Unitree Robotics），這家中國機器人公司最初因高性能四足機器人而廣為人知。

 

宇樹科技隨後擴展至人形機器人領域。其 H1 平台標誌著公司進入全尺寸人形機器人開發的重要一步，而 G1 則代表了另一種方向，即打造尺寸較小的人形機器人平台，用於研究、開發以及日益複雜的具身智慧應用。

 

在更廣泛的人形機器人發展史中，宇樹科技的崛起具有重要意義，因為它體現了整個產業所發生的變化。先進人形機器人已經不再只是由大學、政府實驗室或少數大型企業進行長期開發的專屬計畫。

 

圍繞人形機器人硬體、致動器、感測器、AI 模型、訓練環境與軟體，一個不斷擴大的商業生態系統正在形成。

 

因此，市場對宇樹科技的關注已從機器人研究擴展至更廣泛的商業與金融領域。宇樹科技目前仍是一家私人公司，但市場上也已出現與市場對該公司預期相關的產品。希望了解這項差異的讀者可以進一步了解 UNITREEUSDT 的運作方式，包括這項工具與宇樹科技之間的關係，以及為什麼交易 UNITREEUSDT 並不等同於購買宇樹科技的股份。

 

這項區別非常重要。與市場對一家私人公司預期相關的市場工具，不應與直接持有該公司的股權混為一談。

 

人工智慧如何改變人形機器人技術？

 

機械工程主導了人形機器人早期發展的許多重要里程碑。工程師首先必須解決基本的物理問題：站立、行走、保持平衡、抓取物體、精確移動關節，以及防止機器人跌倒。

 

這些挑戰並沒有消失。然而，人工智慧正日益改變研究人員對人形機器人所能完成任務的期待。

 

現代機器人研究不再只是為每一種可能的動作分別編寫程式，而是越來越多地探索能夠利用感知資訊來判斷適當行動的系統。

 

電腦視覺可以協助機器人理解周遭環境。機器學習可以協助它們從訓練資料中改善行為。強化學習與以模仿為基礎的方法可以協助培養移動與操控技能。多模態 AI 則可能在更廣泛的控制系統中，結合視覺資訊、語言、感測器資料與指令。

 

由此形成了一個持續發展的領域，通常被稱為具身智慧（Embodied AI）：人工智慧透過機器人的身體與物理世界互動，並從物理世界中進行學習。

 

從機器人智慧到具身智慧

 

現代人形機器人企業越來越傾向於將 AI 與機器人技術視為彼此相互關聯的問題。

 

例如，Figure 正在開發通用型人形機器人，同時研發旨在連結感知與物理行動的 AI 系統。該公司的發展反映出產業對整合移動、操控、感知與自主行為之系統的興趣日益提升，而不是將這些能力視為完全彼此獨立的功能。

 

Tesla 同樣將 Optimus 定位為通用型自主雙足人形機器人。該公司的機器人研發著重於平衡、導航、感知以及與物理世界互動等挑戰。

 

宇樹科技也正透過旨在支援日益複雜控制與 AI 研究的人形機器人平台參與這項轉變。

 

這種融合之所以重要，是因為如果機械性能先進的人形機器人無法理解自己應該做什麼，那麼它的實際價值就十分有限。反過來，如果沒有能力足夠強大的機器人身體，即使先進的 AI 系統也無法執行有實際價值的物理工作。

 

因此，現代人形機器人的發展越來越需要同時解決這兩個問題。

 

人形機器人技術的演進

 

人形機器人技術的歷史可以理解為一系列越來越具雄心的工程問題。

 

人形機器人技術演進的主要階段

 

1970 年代	機器人能否重現人類的基本能力？	WABOT-1
1980 年代–1990 年代	人形機器人能否協調動作並可靠地行走？	WABOT-2、Honda 實驗型人形機器人
2000 年代	機器人能否在人類環境中移動並進行互動？	ASIMO、Robonaut、WABIAN
2010 年代	機器人能否實現動態全身移動？	Atlas、Cassie
2020 年代	人形機器人能否以商業規模執行具有實際價值的工作？	Digit、宇樹 H1 與 G1、Figure 人形機器人、Optimus、全電動 Atlas
AI 時代	機器人能否以更高的自主性進行感知、學習、規劃與行動？	具身智慧、多模態感知、學習型操控與自主控制

 

為什麼人形機器人要設計得像人類？

 

從工程角度而言，並沒有要求所有實用的機器人都必須類似人類。在許多應用中，專用機器實際上比人形機器人更加有效率。

 

然而，當我們考慮環境本身時，人形設計的優勢就會變得更加明顯。

 

工廠、倉庫、辦公室、住宅、醫院、車輛、工具、樓梯以及無數日常物品，主要都是為人類設計的。如果機器人能夠使用相同的空間與設備，那麼它就有可能在無需大幅修改現有基礎設施的情況下執行新的任務。

 

這也有助於解釋為什麼移動與操控能力都十分重要。雙腿讓人形機器人能夠在人類活動方式所塑造的空間中移動，而手臂與雙手則可能讓它們與原本為人類工作者設計的物體互動。

 

長期挑戰在於如何讓這些能力達到足夠可靠、安全、自主且經濟的程度，從而實現廣泛應用。

 

人形機器人技術的未來是什麼？

 

人形機器人技術的下一個階段，可能不再主要由令人驚嘆的單次展示來定義，而將更多取決於可靠性、自主性、成本、安全性與實際部署能力。

 

製造業與物流業是自然的早期應用目標，因為這些產業包含大量重複性的實體任務，而且工作環境相對結構化。其他潛在應用包括檢查、研究、危險環境、醫療照護協助、旅宿服務，以及最終可能進入的家庭任務。

 

然而，仍然存在大量挑戰。人形機器人需要可靠的硬體、充足的電池續航力、精確的感知能力、安全的人機互動、穩健的操控能力，以及能夠應對不可預測現實世界情況的 AI 系統。

 

成本也將決定這項技術能夠以多快的速度普及。即使人形機器人在技術上能夠執行某項任務，如果購買、操作、訓練與維護它的成本明顯高於其他自動化方案，那麼它在商業上仍可能不具可行性。

 

從 WABOT-1 到 AI 驅動的人形機器人

 

人形機器人技術的演進已經持續了半個多世紀。

 

WABOT-1 證明了單一機器能夠結合初步的雙足移動、操控與交流能力。後來的計畫則專注於日益穩定的行走以及更加接近人類的動作。ASIMO 向更廣泛的大眾展示了數十年雙足機器人研究所能取得的成果。Robonaut 探索了與人類環境相容的工作方式，而 Atlas 則大幅進一步推動了動態全身運動能力。

 

以 Agility Robotics、宇樹科技、Figure、Tesla 與 Boston Dynamics 等公司為代表的最新一代企業，正在面對另一項不同的挑戰：將數十年的機器人研究轉化為能夠執行實用工作的機器。

 

人工智慧為這項演進增加了另一個維度。最終目標已經不再只是製造一台外觀或動作方式類似人類的機器。新興的挑戰是打造一台能夠感知物理世界、理解任務、調整自身行為、操控物體，並以日益提高的自主性採取行動的機器。

 

從這個角度來看，人形機器人技術的歷史可以概括為從模仿人體，到掌握人類動作，再到開發能夠在人類世界中智慧行動的機器這一演進過程。

 

參考資料 / 來源

 

• 早稻田大學 — 早稻田的機器人：人形機器人創新 50 年歷程

   

• Honda — ASIMO 與人形機器人技術

   

• NASA — Robonaut

   

• Boston Dynamics — 發展歷史

   

• Agility Robotics — 公司與機器人發展歷史

   

• 宇樹科技 — 公司與發展歷史

   

• Figure — 人形機器人技術發展

   

• Tesla — AI 與機器人技術