人形机器人与物理人工智能的崛起

作者：Allan LAGASCA，意法半导体全球智能工业产品部机器人产品部战略项目负责人

机器人曾只存在于虚构作品中，是服从指令的机器。机器人曾是人类智能的延伸，如今它们已在现实世界中学习、移动与适应。

机器人行业正迈入转型阶段，物理人工智能和计算机大语言模型的技术进步是机器人变革的主要推手，机器理解指令、解释数据并实时响应都离不开人工智能。

简而言之，我们正步入一个机器人能像人类一样，实时感知并适应现实环境的时代。像普通人一样，这些机器人有感知能力、智力和行动能力，能够理解周边环境，规划行动，并做出实时反应。

随着头部科技公司和制造商的持续加码投资，人形机器人正在迅速崛起，从理论构想快速转化为全新的前沿领域。

传感器、执行器、边缘人工智能和高效电源系统的发展进步是支撑人工智能技术发展的基石，而这些进步都离不开半导体行业。如今，在众多行业和应用场景中，人形机器人已开始在动态变化的环境中与人类一起安全地工作。

我们正开启一个与人类高度相似的机器的时代。

为何选择人形机器人？它的优势是什么？

在工业领域，对人形机器人的关注也正受到几个关键因素的推动。

首先，民生产品制造业、物流业、医疗行业和服务行业正面临着日益严峻的劳动力缺口问题。这些行业对劳动者的体力要求高，工作具有重复性和劳动密集的特点，因此，经常出现用工短缺现象也在意料之中。虽然机器人擅长精准作业，能优化作业效率，并延长工作时间；但人形机器人双手灵巧，四肢灵活，比那些通常固定在特定位置的传统工业机器人能更快地适应环境变化。

第二个优势是对现有工作环境的高度适配。人形机器人以人类为原型设计，自然适配为人类设计的工作空间，这意味着它们能穿梭在现有的为人类设计的作业空间，比如，楼梯、门廊、货架布局、工作站等，而无需企业投入高昂的场地改造成本。这个优势大幅也降低了人形机器人商用尤其是工业应用的门槛。

第三个优势在于，人形机器人是推动生物力学、机器人工程学与具身智能发展的理想实验平台——而这些领域均属于实体人工智能的范畴。随着人形机器人的成本正趋近人类劳动力水平，且硬件与传感器的进步持续提升其对动态环境的响应与适应能力，这类机器人有望在未来数年内逐步融入劳动力市场。

如今，人形机器人已开始走出实验室。首批有意义的应用主要集中在物流和制造两个行业，承担物料搬运、简单组装等工作；同时，医疗辅助、零售服务和基础检测等职能领域也有早期试点应用。

机器人智能的基础

物理人工智能是指人工智能与物理系统的融合，人工智能被直接嵌入物理实体中，使其能实时感知、行动，并适应环境的变化。人工智能配合物理实体，与真实环境互动，不同于在数据中心通过数据模拟运行的大语言模型。物理人工智能执行实时交互的核心元件包括：负责感知的传感器、负责解释数据的计算模块以及负责行动的执行器。

物理人工智能的实现，并非是依靠任何某一项技术突破，而是依靠一个高集成度半导体平台，该平台将感知、算力、运动控制、电源管理、通信连接和功能安全整合为一套确定性的实时控制系统。

真正的三维感知需要深度感测、环境建模和目标检测技术。机器人主要是利用全局快门CMOS图像传感器和飞行时间测距模块实现三维感知能力。机器人必须能够识别各种各样的被遮挡物体，在存在传感器噪声、环境复杂的情况下保持精准的空间定位，前两种传感器在其中起到了至关重要的作用。这些技术让机器人能更精准地追踪运动和环境变化，从而更好地做出反应，预防事故发生。

过去十年，嵌入式计算是技术进步最为显著的领域。边缘人工智能处理性能和机器学习能力的飞速提升，为如今的机器人赋予了更高智能。新的创新成果赋能分布式智能，在边缘端实现感知、运动规划、SLAM同步定位与地图构建、电机协调等功能。通过降低数据传输带宽和减少主处理器的低优先级处理任务，可以大幅提升机器人的实时响应速度。此外，现代深度学习和强化学习算法还有助于机器人软件不断优化升级。

精确的运动控制相对更直观。人形机器人通过电机驱动器和控制器，驱动肩、颈、肘、腕、指等多处关节，实现类人的肢体动作。

正是这些核心组件的深度融合与全面集成，让机器人从单纯的程序控制的机器，转变为具备智能和自主能力的主体。一套复杂且完善的半导体解决方案，能实现机械系统与电子系统的完美融合，让人形机器人在动态变化的环境中，精准、安全、智能地执行复杂任务。

在人形机器人的研发过程中，这种系统级集成是主要技术难点，也是实验原型机与规模化平台的重要区别。

现有挑战与发展方向

人形机器人要实现大规模普及应用，仍需攻克诸多难题。这些挑战不仅包括与现场部署相关的实际问题，还涉及软件优化、数据安全、成本控制、标准法规。不过，这些问题正在被快速解决，高盛预测，2028至2031年消费类人形机器人将在经济效益上具备可行性。

人工智能、先进传感器、高性能半导体和下一代机械系统的持续创新，正为人形机器人技术飞速发展创造机会。随着这些技术的不断成熟，人形机器人将从孤立的试点应用，逐步被广泛部署到工厂、医院、仓库等各类场景。最终，机器人将成为人类的合作伙伴和同事，在对体力、适应性和效率有高要求的环境中，协助人类劳动者安全、精准、高效地作业。

受劳动力短缺、人口老龄化和物理人工智能技术进步等因素的多重影响，人形机器人正成为智能手机和云计算之后的新一代主要智能平台。

随着物理人工智能技术的成熟，机器人将具备思考、行动、感知能力，并能与人类协作，数字智能与物理能力的边界也将愈发模糊。

先进半导体、边缘人工智能、视觉系统和执行技术的深度融合，让人形机器人成为未来十年推动社会变革的关键技术。