2025年人形機(jī)器人：科技浪潮下的璀璨前景

近距離觀察定義 2024 年的人形機(jī)器人，包括特斯拉機(jī)器人“Optimus”和波士頓動(dòng)力公司的“Atlas”，這些機(jī)器人被設(shè)計(jì)用來執(zhí)行曾經(jīng)被認(rèn)為只有人類才能完成的任務(wù)。

我們熱衷于按照自己的形象創(chuàng)造機(jī)器，這讓我們?nèi)〉昧朔欠驳某删?。我們成功地突破了人工智能和機(jī)器人技術(shù)的界限，如今的人形機(jī)器人不僅可以模仿人類，還可以增強(qiáng)人類的互動(dòng)。

從赫菲斯托斯神話中的自動(dòng)仆人到 C-3PO 和終結(jié)者等標(biāo)志性人物，曾經(jīng)只局限于神話和小說中的人形機(jī)器人如今已經(jīng)走進(jìn)我們身邊。

這些機(jī)械化的機(jī)器人可以協(xié)助我們進(jìn)行手術(shù)、在裝配線上快速行駛，甚至探索外太空。這里，我們列出了 2024 年最先進(jìn)的人形機(jī)器人，它們的實(shí)際能力與曾經(jīng)想象的童話一樣非凡。

AMECA

當(dāng)您搜索“世界上最先進(jìn)的人形機(jī)器人”時(shí)，大多數(shù)路徑都會(huì)指向 Engineered Arts 的 AMECA，原因顯而易見。AMECA 采用模塊化設(shè)計(jì)，硬件和軟件均可升級(jí)，設(shè)計(jì)具有中性和非威脅性的外觀，以促進(jìn)舒適的人機(jī)交互。

它利用了嵌入式麥克風(fēng)、雙目眼部攝像頭、胸部攝像頭和面部識(shí)別軟件。它是進(jìn)一步開發(fā)專注于人機(jī)交互的機(jī)器人技術(shù)的絕佳平臺(tái)。雖然 AMECA 目前還不能行走，但它被設(shè)計(jì)為具有未來移動(dòng)的潛力。

AMeca 的認(rèn)知能力通過與 OpenAI 的 GPT-3 和 GPT-4 語言模型集成得到增強(qiáng)，使其能夠理解和回答問題、講笑話、模仿名人或著名電視角色的聲音、跳舞和進(jìn)行有趣的對(duì)話。

AMECA 的獨(dú)特之處在于其面部表情和動(dòng)作極為逼真，27 個(gè)執(zhí)行器控制著嘴唇和眉毛動(dòng)作等細(xì)微細(xì)節(jié)，以及電動(dòng)手臂、手指和頸部，總共 61 個(gè)自由度。這些功能使 AMECA 能夠自然而富有表現(xiàn)力地進(jìn)行交流，與其他機(jī)器人截然不同。

Atlas

Atlas 由波士頓動(dòng)力公司開發(fā)，以其運(yùn)動(dòng)能力而聞名，通常通過其令人印象深刻的舞步和后空翻來展示。這款機(jī)器人最初是作為美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 于 2009 年的一個(gè)研究項(xiàng)目而創(chuàng)建的。一個(gè)重大進(jìn)展是，液壓 Atlas (HD Atlas) 于 2024 年 4 月退役，第二天宣布推出一款全新的全電動(dòng)版本。

從液壓系統(tǒng)到電動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變標(biāo)志著向更高效率和環(huán)境可持續(xù)性邁出的一大步。Atlas 是基于數(shù)十年的機(jī)器人研究而打造的，采用定制電池和高度緊湊的原液壓系統(tǒng)，現(xiàn)已重新設(shè)計(jì)為電動(dòng)操作。

其先進(jìn)的控制算法使 Atlas 能夠規(guī)劃和執(zhí)行復(fù)雜的動(dòng)作，同時(shí)考慮環(huán)境因素，并實(shí)現(xiàn)高達(dá) 2.5 米/秒的速度。Atlas 由鈦和鋁制成，并配有 3D 打印部件，其強(qiáng)度重量比有利于其動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)。

該機(jī)器人身高 1.5 米，體重 89 公斤，有 28 個(gè)關(guān)節(jié)，支持靈活多樣的運(yùn)動(dòng)。Atlas 配備先進(jìn)的紅外立體和深度傳感器，可創(chuàng)建詳細(xì)的環(huán)境點(diǎn)云，并結(jié)合視覺、力和本體感受傳感器來適應(yīng)環(huán)境變化

Optimus

Optimus，也稱為特斯拉機(jī)器人，以變形金剛角色命名，是一種通用人形機(jī)器人，最初于 2021 年 8 月 19 日特斯拉人工智能日期間發(fā)布。原型機(jī)于 2022 年亮相，到 2023 年 12 月，特斯拉推出了第二代 Optimus，其身材更苗條，手部和動(dòng)作都有所改進(jìn)。

2024 年，這款新機(jī)器人在特斯拉工廠展示了各種任務(wù)，凸顯了其增強(qiáng)的功能，比其前代產(chǎn)品輕 10 公斤且速度更快。

2024 年 6 月，埃隆·馬斯克宣布 Optimus 計(jì)劃于 2025 年開始限量生產(chǎn)，其中計(jì)劃在特斯拉工廠使用 1,000 多臺(tái)，到 2026 年可能為其他公司進(jìn)行更大規(guī)模生產(chǎn)。Optimus 的售價(jià)預(yù)計(jì)為 30,000 美元，馬斯克設(shè)想 Optimus 可以在家庭內(nèi)外執(zhí)行各種日常任務(wù)。

該機(jī)器人采用雙足步行系統(tǒng)，旨在保持平衡和穩(wěn)定，腳上裝有壓力傳感器，可實(shí)時(shí)調(diào)整姿勢(shì)。它的“面部”裝有多個(gè)攝像頭，用于物體檢測(cè)、深度測(cè)量和空間處理，同時(shí)還配有一個(gè)用于學(xué)習(xí)和適應(yīng)的機(jī)載神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)。

Optimus 可以響應(yīng)語音命令并理解基本的對(duì)話背景。它由 2.3 千瓦時(shí)的電池組供電，類似于特斯拉的電動(dòng)汽車。它包括一個(gè)專有的電池管理系統(tǒng)，使其能夠以高達(dá) 5 英里/小時(shí)(8 公里/小時(shí))的速度行駛，并承載高達(dá) 45 磅(20 公斤)的負(fù)載。

Figure 02

Figure AI 于 2022 年推出了其初始原型 Figure 01。這是一款雙足機(jī)器人，旨在完成物流和倉儲(chǔ)中的體力勞動(dòng)任務(wù)。2024 年 8 月 6 日，該公司推出了其下一代人形機(jī)器人 Figure 02。這個(gè)版本采用了更時(shí)尚、更纖薄的設(shè)計(jì)，四肢集成了電纜，F(xiàn)igure AI 聲稱這是世界上第一個(gè)可商業(yè)化的自主人形機(jī)器人。

新款機(jī)器人的電池容量比上一代增加了 50%，配備 6 個(gè) RGB 攝像頭和板載視覺語言模型。計(jì)算能力顯著增強(qiáng)，采用基于 NVIDIA RTX GPU 的模塊，推理能力是上一代的三倍。

此外，F(xiàn)igure 02 還配備了麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，以及與 OpenAI 合作開發(fā)的定制 AI 模型，增強(qiáng)了其與人類的對(duì)話能力。其重新設(shè)計(jì)的五指手擁有 16 個(gè)自由度，使其能夠攜帶重達(dá) 25 公斤的物體。目前，F(xiàn)igure 02 正在南卡羅來納州的寶馬工廠進(jìn)行測(cè)試，以收集訓(xùn)練數(shù)據(jù)，用于進(jìn)一步開發(fā) AI 模型。

Digit

Digit 是由 Agility Robotics 設(shè)計(jì)的人形機(jī)器人，其獨(dú)特的內(nèi)彎腿部設(shè)計(jì)增強(qiáng)了機(jī)動(dòng)性，使其能夠在復(fù)雜環(huán)境中動(dòng)態(tài)移動(dòng)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與優(yōu)雅的四肢和配備先進(jìn)傳感器和計(jì)算能力的軀干相得益彰，使 Digit 非常適合在倉庫等地方導(dǎo)航和執(zhí)行任務(wù)。

Digit 于 2023 年發(fā)布，代表著機(jī)器人功能的重大進(jìn)步， Agility Robotics宣布將推出首個(gè)人形機(jī)器人工廠 RoboFab，該工廠每年可生產(chǎn)多達(dá) 10,000 臺(tái)機(jī)器人。

Digit 由鋁、熱成型聚碳酸酯和碳纖維復(fù)合材料組件制成，既輕便又堅(jiān)固。它配備了一系列傳感器，包括激光雷達(dá)、四個(gè)英特爾 RealSense 深度攝像頭和 MEMS IMU，以及增強(qiáng)其本體感受的絕對(duì)編碼器和增量編碼器。

該機(jī)器人采用無刷直流電機(jī)和定制設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置，并擁有 16 個(gè)獨(dú)立關(guān)節(jié)。這些關(guān)節(jié)讓 Digity 能夠以 10 種不同的方式移動(dòng)其腿部和手臂，擁有四個(gè)自由度，并配備 6 種不同方式的抓手。

該機(jī)器人的計(jì)算需求由兩個(gè)英特爾 i7 多線程 CPU 處理，并有一個(gè)有效載荷托架可用于其他計(jì)算機(jī)，如英特爾 NUC 或 Nvidia Jetson，可用于增強(qiáng)感知或機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。

Digit 的主控制計(jì)算機(jī)采用基于 Linux 的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，高級(jí)規(guī)劃和感知?jiǎng)t由輔助計(jì)算機(jī)管理。它由定制的 1.2 千瓦時(shí)鋰聚合物電池組供電，在電源效率和強(qiáng)大的操作能力之間取得平衡。

Apollo

Apollo 由 Apptronik 開發(fā)，是另一款具有突破性的人形機(jī)器人，得益于該公司在機(jī)器人領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，包括他們?cè)?NASA 的 Valkyrie 機(jī)器人上的工作。Apollo 專為大規(guī)模制造而設(shè)計(jì)，旨在在具有高有效載荷和安全標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)作環(huán)境中運(yùn)行。

Apollo 重量約為 72.6 公斤，使用一塊電池就可以運(yùn)行長達(dá) 4 小時(shí)，其設(shè)計(jì)與人類的體型和能力相符，適合執(zhí)行各種需要類似人類屬性的任務(wù)。

Apollo 的設(shè)計(jì)使其能夠承載高達(dá) 25 公斤的有效載荷，突出了其執(zhí)行大量舉重和搬運(yùn)任務(wù)的能力。該機(jī)器人用途廣泛，采用模塊化設(shè)計(jì)，可以安裝在任何移動(dòng)平臺(tái)上，無論是固定的還是完全移動(dòng)的，只要有腿。

它的頭部、嘴部和胸部配有 LED 燈來指示其狀態(tài)，并配備熱插拔電池組，每個(gè)電池組可提供四小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間，只需簡單更換電池即可連續(xù)運(yùn)行，而不需要停機(jī)充電。

此外，Apollo 還采用了先進(jìn)的力控制架構(gòu)，并定義了安全區(qū)，以增強(qiáng)操作安全性。它可以通過任何設(shè)備上可訪問的直觀軟件進(jìn)行控制，從而簡化了人機(jī)交互。梅賽德斯-奔馳已經(jīng)認(rèn)識(shí)到 Apollo 的實(shí)用性，并將這些機(jī)器人整合到他們的工廠中，以協(xié)助完成體力密集型和低技能任務(wù)，展示了 Apollo 的工業(yè)適用性和效率。

ALTER 3

ALTER 3 憑借其獨(dú)特的 AI 與音樂天賦在頂級(jí)人形機(jī)器人榜單中脫穎而出，尤其是其指揮管弦樂隊(duì)的能力。這款人形機(jī)器人由大阪大學(xué)和 Mixi 公司開發(fā)，已用于各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包括指揮管弦樂隊(duì)、參加戲劇表演以及探索機(jī)器人技術(shù)與藝術(shù)的交匯點(diǎn)。

ALTER 3 的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是面部表情非常豐富，能夠展現(xiàn)多種情緒，如微笑、皺眉甚至唱歌，增強(qiáng)與人類觀眾的互動(dòng)。

機(jī)器人的身體結(jié)合了面部、頸部和手臂(直至肘部)的假肢皮膚，其他部位則保持為裸露的機(jī)械，以喚起生命的機(jī)械本質(zhì)。這種設(shè)計(jì)選擇凸顯了機(jī)器人的內(nèi)部機(jī)制，引發(fā)了關(guān)于人類本質(zhì)和人工智能潛力的討論。

ALTER 3 采用氣動(dòng)和伺服執(zhí)行器組合，由 42 個(gè)執(zhí)行器和集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中央模式發(fā)生器 (CPG) 控制，實(shí)現(xiàn)流暢而逼真的動(dòng)作。

該機(jī)器人配備了光學(xué)和距離傳感器，可實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)，其傳感器和麥克風(fēng)可輸入 AI 系統(tǒng)，使其能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)周圍環(huán)境。ALTER 3 的開發(fā)旨在探究機(jī)器人是否能夠感知生命以及生命本身可能意味著什么等基本問題。

Unitree G1

Unitree G1 以其出色的靈活性和經(jīng)濟(jì)性而受到認(rèn)可，使其成為機(jī)器人研究和開發(fā)的杰出選擇。該機(jī)器人旨在促進(jìn)對(duì)先進(jìn)運(yùn)動(dòng)和操控技術(shù)的探索，能夠進(jìn)行高達(dá) 1.4 米的立定跳遠(yuǎn) - 這可能是同等尺寸的人形機(jī)器人有史以來實(shí)現(xiàn)的最長跳躍。

G1 機(jī)器人配備靈巧的三指手，可進(jìn)行精確操作，最大關(guān)節(jié)扭矩為 120 Nm。它擁有 43 個(gè)自由度，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)速度為 2 米/秒。傳感和通信增強(qiáng)功能包括 3D LIDAR、用于 360° 檢測(cè)的 LIVOX MID360、英特爾 RealSense D435i 深度攝像頭以及具有噪音和回聲消除功能的麥克風(fēng)陣列。

其電池和電源系統(tǒng)采用超大快速釋放電池，支持約兩小時(shí)的電池續(xù)航時(shí)間，機(jī)器人的設(shè)計(jì)包括空心接頭接線，無需外部電纜。G1 和 G1 EDU 型號(hào)均配備高性能 8 核 CPU、深度攝像頭、3D LiDAR、四麥克風(fēng)陣列以及 WiFi 6 和藍(lán)牙 5.2 等連接選項(xiàng)。

配件包括帶快速釋放功能的智能電池(9000mAh)、54V 5A 充電器和手動(dòng)控制器。G1 提供 8 個(gè)月保修，而 G1 EDU 提供 1 年保修，G1 的起價(jià)為 16,000 美元。

ARMAR-6

ARMAR-6 是卡爾斯魯厄理工學(xué)院開發(fā)的 ARMAR 系列人形機(jī)器人的一部分，代表了可追溯到 2000 年的 ARMAR-1 機(jī)器人系列，最初專注于基本運(yùn)動(dòng)和操控。ARMAR-2、ARMAR-3a 和 ARMAR-3b(于 2004 年至 2007 年間開發(fā))等后續(xù)型號(hào)不斷改進(jìn)，增強(qiáng)了交互能力和更復(fù)雜的任務(wù)能力。

ARMAR-6 是一款專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的協(xié)作人形助手，它體現(xiàn)了這些進(jìn)步。

ARMAR-6 具有類似人類的軀干和安裝在輪式底座上的兩只手臂，使其能夠在工業(yè)環(huán)境中導(dǎo)航并使用為人類設(shè)計(jì)的工具，例如電鉆和錘子。該機(jī)器人的移動(dòng)底座上有四臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過其 ArmarX 軟件架構(gòu)為控制、圖像處理、交互算法以及實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力。

它的關(guān)節(jié)由專門開發(fā)的傳感器-執(zhí)行器-控制器單元提供動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)精確的、力控制的運(yùn)動(dòng)，包括由滑環(huán)促進(jìn)的連續(xù)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)。

該機(jī)器人擁有 27 個(gè)自由度，手臂完全伸展時(shí)可舉起 10 公斤的重物，在平均距離下最大舉重能力可達(dá) 14 公斤。ARMAR-6 身高 192 厘米，臂展 310 厘米，工作高度范圍為 0 厘米至 240 厘米，不含電池時(shí)重量為 160 公斤。

它的傳感器包括遍布關(guān)節(jié)的位置、IMU、扭矩和溫度傳感器，以及用于交互的 6D 力矩傳感器和用于導(dǎo)航的激光掃描儀。兩個(gè)立體攝像頭系統(tǒng)、一個(gè)深度攝像頭和麥克風(fēng)增強(qiáng)了感知能力。ARMAR-6 在 EtherCAT 總線系統(tǒng)上運(yùn)行，連接其多臺(tái)高端 PC和 GPU，確保強(qiáng)大的電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的自主操作。

Astribot S1

Astribot S1 被描述為一款“萬能”家用機(jī)器人，專為烹飪、折疊衣服和操作吸塵器等家務(wù)而設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的帶腿人形機(jī)器人不同，Astribot S1 具有電動(dòng)輪和可在中間彎曲的靈活下身，以令人印象深刻的敏捷性和機(jī)動(dòng)性支持其在家中執(zhí)行任務(wù)。

Astribot S1身高約 5 英尺 8 英寸，采用纖細(xì)、光滑的白色設(shè)計(jì)。它每只手臂的有效載荷為 10 公斤，每只手臂有 7 個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)范圍可與人類肢體相媲美。機(jī)器人的手臂配有觸摸傳感器，可與物體和人安全互動(dòng)。它不是典型的人形手，而是帶有傳感器的雙指夾持器，增強(qiáng)了其執(zhí)行各種精確任務(wù)的能力。

Astribot S1 的敏捷性和靈巧性非常引人注目，最高速度為每秒 10 米，比普通成年人快。它可以通過模仿學(xué)習(xí)來學(xué)習(xí)新任務(wù)，這一功能在各種在線演示中都有展示，其中機(jī)器人可以進(jìn)行武術(shù)、做煎餅和倒飲料等活動(dòng)。該機(jī)器人宣布將于 2024 年投入商業(yè)使用，但該公司尚未披露有關(guān)其硬件規(guī)格或 AI 學(xué)習(xí)方法的具體細(xì)節(jié)。

人形機(jī)器人正在向前發(fā)展

當(dāng)我們結(jié)束對(duì) 2024 年最引人注目的人形機(jī)器人的探索時(shí)，很明顯，機(jī)器人領(lǐng)域繼續(xù)突破界限并挑戰(zhàn)我們的期望。除了討論的關(guān)鍵參與者之外，許多其他人形機(jī)器人也在專業(yè)領(lǐng)域取得長足進(jìn)步。

其中包括提供寶貴社交互動(dòng)的 Nadine、執(zhí)行太空任務(wù)的 Robonaut 2、引人入勝的討論的 Sophia、服務(wù)行業(yè)中扮演的角色 Pepper 以及教育領(lǐng)域的 NAO 貢獻(xiàn)。SEO1 人形機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)類人步態(tài)方面取得的最新進(jìn)展也預(yù)示著許多其他開創(chuàng)性項(xiàng)目的到來。

雖然我們重點(diǎn)介紹了一些關(guān)鍵參與者，但世界各地的實(shí)驗(yàn)室和機(jī)構(gòu)還在取得無數(shù)其他進(jìn)步，每一項(xiàng)進(jìn)步都有可能進(jìn)一步徹底改變我們與機(jī)器的互動(dòng)方式。