引 言
2023年10月20日，工信部印发的《人形机器人创新发展指导意见》开篇中提到：“人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品，将深刻变革人类生产生活方式，重塑全球产业发展格局。”
人形机器人一直是科幻作品中经久不衰的题材，无论是《终结者》还是《变形金刚》，创作者总是以最丰富的想象力去设想人形机器人。但即使如此，我们对人形机器人仍感到陌生。
人形机器人的定义是什么？为什么是人形？人形机器人究竟是科幻的美好想象还是具有革命意义的生产力工具？有太多的问题值得我们去探讨。
一、什么是人形机器人
首先，人形机器人是具有与人类似的身体结构和运动方式（如双足行走、双手协作等）的智能机器人。一方面，人形机器人由于拥有和人类相同的身体结构，因此能够兼容人类的生活和工作场景，具有非常强的适应能力；另一方面，人形机器人在AI技术加持下，能够拥有感知与交互的能力，进而在真实物理世界中实现交互。此外，人形的设计能够提高人类对机器人的接受程度，使得人类在心理上更容易接受人形机器人的存在。
表1：工业机器人、服务机器人和人形机器人的对比
虽然目前大众对人形机器人的认知普遍来源于影视作品，但其实早在20世纪就已有众多公司投入到人形机器人的设计和研发中，并在近20年逐渐展现出成果。
2000年10月，日本HONDA（本田）公司在经历了三十余年的技术沉淀之后，推出了全球最早具备人类双足行走能力的类人型机器人ASIMO（阿西莫）。此外，美国的Boston Dynamics（即波士顿动力公司），也在经历了数十年的技术积累之后，于2016年推出了里程碑式机器人——Atlas（阿特拉斯），Atlas在演示中展现出了惊人的运动能力，象征着人形机器人的运动能力达到了一个新的台阶。
而相较于ASIMO和Atlas的运动能力，特斯拉在2022年10月公布的人形机器人Optimus则更加注重智能化，Optimus凭借特斯拉自研的FSD算法，能够对物体进行精准地识别，并凭借“灵巧手”进行抓取、归纳等工作。
二、为什么发展人形机器人
研发一款人形机器人的技术难度和前期投入是巨大的。即便是本田和波士顿动力这样的先发企业，在面临商业化困境之后也不得不面临暂停研发或打包出售的窘境。但随着新能源汽车和AI技术的出现和逐渐成熟，人形机器人的发展进程似乎迈向了一个新的节点。
一方面，国内外涌现出了越来越多的人形机器人公司，例如美国的Figure、Apptronik，中国的宇树、智元、傅里叶等，甚至许多关联企业也开始涉足这一领域，例如特斯拉、小鹏、小米。另一方面，越来越多的人形机器人产品也在逐渐走出实验室，进入实际应用场景。例如特斯拉Optimus进入了汽车工厂对电池进行分装，国内优必选的Walker也开始在汽车工厂中对部分环节进行测试。
那么是什么原因促使这些企业积极投入到人形机器人的浪潮中？
图4：2024年全球范围内主流机器人公司及其产品
究其根本，其核心原因在于人形机器人有着广阔的应用场景。以最先可能落地的汽车装配场景为例，即使目前汽车装配能够依靠机械臂实现较高程度的自动化，但机械臂的非柔性特征使得在装配过程中仍需要人工完成部分工作，而人形机器人则能够在取代人工环节的同时，还能够实现24小时的不间断工作，进而大幅提高汽车产能，并降低汽车生产成本。而随着未来人形机器人技术的完善和成本的下降，人形机器人还将逐渐渗透商业服务和家庭陪护等要求更高的场景。
多元且丰富的应用场景意味着人形机器人拥有着广阔的市场空间。根据高工机器人产业研究所（GGII）数据显示，2024年中国人形机器人市场规模约21.58亿元，预计2030年将达到近380亿元，2024年至2030年的CAGR将达到61%，预计销量将从4000台增长至27.12万台。
表2：中国人形机器人市场空间预测
资料来源：高工机器人产业研究所
三、人形机器人面临的难点
人形机器人的关键技术可分为硬件和软件两个大类。
硬件即制造机器人所需的零部件，例如减速器、伺服电机、丝杠、传感器等，由于人形机器人所设计的零部件对精密性、可靠性要求极高，因此在制造加工过程中涉及金属材料、热处理、小模数齿轮硬齿面加工、集成及检测等技术，因此具有一定的门槛，其中特别是谐波减速器和无框力矩电机，具有非常高的技术壁垒。
软件部分则更为复杂，主要是各种人工智能模型，比如大语言模型、图像扩散模型等，对算力芯片和AI技术有着较高的要求。
形象地描述，硬件是人形机器人的“躯体”，而软件是人形机器人的“大脑”。
虽然人形机器人有着丰富的应用场景和广阔的市场空间，但由于人形机器人需要极强的运动控制能力和强大的感知计算能力，在早期硬件和软件均受限的情况下，人形机器人的研发始终处于实验室验证阶段，同时还要面临高昂造价的问题。
以波士顿动力的Atlas为例，Atlas在过往的演示中展现出了惊人的灵活性和障碍通过能力，这主要是由于Atlas采用的是液压驱动系统有着出色的负载承受能力和高效的动力传输，长久以来被认为是大型机械和机器人动力系统的黄金标准，但在今年4月份，波士顿动力宣布将停止研发现有的液压驱动版Atlas。
究其根本，还是在于液压驱动方案的成本太贵了。
根据公开信息查询，业内普遍预估液压版Atlas的单台制造成本在200万美元左右，其高昂的成本基本宣告了其无法商业化的结局。
更低的成本是人形机器人实现商业化发展的必经之路。
但随着自动驾驶、物联网、新能源汽车等新兴行业的逐渐成熟，2024年有望成为人形机器人量产的元年。这主要是由于新能源车、自动驾驶及AI等新兴领域推动了电机、电池、机器视觉、大语音模型等技术的发展。而这些技术与人形机器人所需的技术高度重合。
其中新能源车推动了电池技术的突破和电机效率的提升，这使得电机驱动方案逐渐崛起。相较于液压驱动方案，电机驱动的人形机器人不仅可以实现更细腻的动作控制，还大幅度提高了能效，降低了运行成本，同时电机驱动在设计和维护上也展现出了独到的优势，能够大幅提高人形机器人的可靠性和易维护性。
在电机驱动方案的基础上，人形机器人的造价从上千万元人民币快速下探至几十万人民币，这是人形机器人商业化上关键的里程碑。
四、人形机器人浪潮来临
随着电机驱动方案被业界广泛认可，全球人形机器人产业迎来了重要机遇期。国外企业中，特斯拉、波士顿动力、本田、Engineered Arts、1X Technologies等企业纷纷发布了Optimus、Atlas、ASIMO等人形机器人产品或其迭代产品；而英伟达、高通、AMD等头部芯片公司也开始着重为人形机器人设计并研发AI芯片和解决方案等。
资料来源：公开信息收集
同时，得益于国内强大的新能源车供应链，国内的优必选、达闼、小米、傅里叶、智元等公司也在人形机器人领域展现出了较强的产品竞争力。
资料来源：公开信息收集
而国家对于人形机器人的发展也极为重视，今年1月工信部、科技部等7部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，在部署重点任务时，提到要打造标志性产品、做强未来高端装备。而人形机器人就排在第一位。
人形机器人目前已经走出实验室，进入工业场景，预计在不久将来，也将会进入我们的生活和工作场景中。不妨大胆设想，未来机器人能够如同智能手机般，在不改变硬件结构的前提下，通过OTA升级或安装App，进而拓展更丰富的功能。
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