人形机器人面临的挑战有哪些方面

近来，人形机器人大热，这象征着单一功能的机器人与综合功能的机器人正形成良性竞争、共同发展的局面。但在人形机器人的快速发展中，仍存在一些需要解决的问题，如外形设计、智能控制、人机交互、道德伦理与成本效能等问题。好在曙光初现，一切都在向好的方向发展。

人类直立行走大约经过了100万年的进化。直立人的后代，从出生到奔跑平均需要约3年的时间，也就是孩童要很好地保持身体平衡，不轻易摔跤，只需要约3年不间断的训练。然而，以人类为模型的人形机器人，最难获得的，却是对于人类来说很简单的问题——如何获得平衡能力。

当然，人形机器人要实现人类的各种功能，并与人类全方位互动（具身智能），目前，仍面临着几个必须解决的问题。

外形设计问题                            

人形机器人的外形设计问题是人形机器人研发的基础和关键所在。这一点之所以成为问题，很大程度上是要满足人类设定的标准。如人形机器人的外形，应该尽可能地与人类相似，但又不应该亦步亦趋模仿人类，完全成为人的映射物，类人可以，但不应成为人的复制体，要避免人类产生恐惧或不适感。同时，机器人的外形还要与人类的文化基因、社会背景等相匹配，避免造成人的道德恶感与伦理冲突。因此，如何设计出既符合人类认知又不失独特性的外形，成为了人形机器人研发中的一大难题。

当然，机器人的外形，不是单纯地模仿人，同时要考虑到它的外形必须符合机器人本身的结构、功能和使用方法等。

在外形设计中，一方面，要考虑机器人的安全性问题。比如在设计机器人时，就必须要考虑到机器人对周围环境的感知，以及自身的安全。

另一方面，要考虑机器人与人类之间的沟通问题。在人形机器人发展过程中，如果只考虑到对人类功能的模仿，那么最终可能会导致机器人越来越像人，但却不能实现赋予人形机器人的功能。

目前来看，人形机器人的外形必须要满足以下要求。

1.它必须有一定的高度和身材。

2.它必须有一定的肌肉力量和活动能力。

高度和身材问题

目前，人类的平均身高在1米7左右，但大多数人形机器人身高都超过了1米8。人类的躯干和四肢比例关系一般在1:1.5到1:4之间，但人形机器人在设计时，为了更好地保持平衡压，低了重心，往往需要更长的躯干和更高的腿部比例。如果没有足够长的躯干和腿部比例，那么机器人就会产生前倾或后仰等现象。

对于人形机器人来说，还必须考虑到关节的问题。人类关节活动范围一般是30度到60度之间，但人形机器人由于需要更大的活动范围，所以关节活动范围一般在80度左右。如果没有足够大的关节活动范围，那么人形机器人在运动过程中，就会产生前倾或后仰等不平衡现象。

肌肉力量和活动能力

足够的肌肉力量和活动能力是人形机器人的基本要求。当人形机器人移动时，如果它的肌肉力量不足，就不能在运动中保持平衡。在人形机器人设计过程中，还要考虑到以下几个方面。

一是机器人的关节自由度。关节是机器人行动的基本构件，如手臂、腿、躯干等都是通过关节来完成的。在设计时，要充分考虑到机器人的关节自由度，比如手臂、腿、躯干等关节，可以分为若干个自由度，这些自由度必须满足人形机器人对运动和位置控制的要求。

二是运动能力。在设计人形机器人时，必须要保证其具有一定的运动能力。如果它缺乏一定的运动能力，那么就会对人形机器人的整体稳定性造成影响。最基本的运动能力就是行走和站立。

三是智能程度。智能程度指机器人对环境感知和决策的能力，以及与周围环境交互的能力。随着人工智能技术以及相关学科领域的发展，智能程度将越来越高。

智能控制问题                            

人形机器人的智能控制问题，包括机器人的感知、决策和执行三个部分，这早已超越一般意义上的机器运动。

感知是指机器人从环境中获取信息的能力；决策是指机器人基于感知到的信息，从而作出合理决策的能力；执行是指机器人根据决策采取行动的能力。

人形机器人需要具备敏锐感知、准确决策和灵活执行的能力，才能与人类进行高效交互。因此，如何实现人形机器人的智能控制，是一个需要充分研究和探索的问题。

目前的机器人智能控制主要还是依靠人工神经网络等算法。那么它就要按照人类的思维模式去执行，但在这个过程中，有可能出现人类不太理解的行为。所以人形机器人必然会面临一些控制上的问题。

一是机器人不可能完全像人一样思考，它缺少人类思考时的目的和计划，更大程度上是被环境刺激所控制。

二是人形机器人对周围环境变化的感知能力与人类相比还有着巨大的差距，主要是它和周围环境不发生直接联系。

三是人形机器人可能会重复人类的错误，如被撞或者撞到其他机器人，以及在执行危险任务时，因为判断错误而出现危险动作、操作错误而造成事故、疲劳导致的动作偏差等情况。它难以排除外部干扰，所以人形机器人必须解决三个方面的问题：如何使其能正确感知外界信息；如何使其能按照人的思维模式进行思考；如何使其能正确地处理外界干扰和自身反应之间的关系。

人机交互问题                            

人形机器人作为与人类进行交互的工具，需要具备良好的人机交互能力。机器人的语音识别和语音合成能力，肢体动作的感知和生成能力，以及情感的表达能力，这些都需要进行深入的研究和优化。另外，机器人与人类之间的交互方式，也需要尊重人类的习惯和文化背景，避免产生不适感或冲突。

人形机器人要能够与人类进行有效的沟通，且具有和人类相通的情感。但目前来看，人形机器人还很难理解人类的情感，更不要说情感交流。当前，人形机器人的主要功能就是执行任务，如通过其强大的机械臂，可以完成各种任务，但这只是一种基本功能。在未来人形机器人发展中，其将会有更多、更复杂的功能，如智能交互、情感交流、自主学习等。而通过人工智能技术与人类进行交流，将会成为一个重要研究方向。

目前来看，人形机器人在与人交互过程中，主要存在以下几个问题：一是人形机器人与人之间的交互效率不高；二是人形机器人需要不断学习新知识才能提高智能；三是互动过于单一；四是人机交互过于复杂等。

解决上述问题的方法大致如下：一是通过深度学习技术提高智能交互能力；二是通过增强现实技术和语音识别技术，来提高人机交互效率。人工智能技术的进步在其中将发挥更大的作用。

关键的问题是，怎么使人形机器人具有与人类类似的感觉、如何像人类一样思考、怎样像人类一样表达情感，这些并不能轻易解决！

与人类类似的感觉

人和人之间的感觉是相通的，比如，我们感觉到有人在看我们，或者有人在和我们说话。如果人形机器人不具有类似的感觉，它就不能像人类一样交流。如果它对人类的表情没有任何反应，人类就认为它徒具外形，并不是真正意义上的机器人。

针对此点，科学家们已经开始尝试通过人造肌肉，来模拟人类的表情和动作。比如，谷歌研究人员开发了一款名叫“情绪驱动”（Emotion-driven）的人造肌肉系统，可模仿人类脸部的肌肉动作。

像人类一样思考

人形机器人如果能像人类一样思考，就是最理想的状态。

尽管人形机器人已经能够模仿人的一些动作，但要想让人形机器人像人一样思考，还有很长的路要走。

如果要让人形机器人像人一样思考，那就必须让人形机器人具备可以理解人类的情感、意识和思维等的人工智能。

像人类一样表达感情

现在的人形机器人，还只是“机器”而已，无法表达“感情”。如果人类给人形机器人一个真正意义上的“身体”，让它和人类一样拥有“意识”和“感情”，它才能像人一样去感知、理解、表达和共同处理问题。

道德和伦理问题                            

很大程度上，道德和伦理问题，是人类的问题。但当人形机器人具备了人类的感知、思考与感情之后，必然出现伦理和道德问题。

首先是人形机器人的隐私和安全问题，如何保护人形机器人的信息安全和隐私权，以及如何防止人形机器人被滥用或恶意操控，是一个需要重视的问题。

其次是人形机器人的替代性问题，人形机器人的发展可能会导致某些工作岗位的失业或变动，需要有相应的政策和机制来应对。另外，人形机器人是否应该受到道德规范的约束，人形机器人是否能够拥有道德感等。

在伦理与道德方面，一是人形机器人能否具有人类道德，二是人形机器人能否具有自主意识。这些涉及到自由与责任的问题。

所谓自由，就是不受约束和控制的能力，人类在认识世界、改造世界、发展自己时，往往把人看成自由的主体和能动的主体，而机器则被看成被动的客体。

如果将人和人形机器人看作一个整体，那么人具有了自由能力之后，就成为一个“自由之子”了。自由之子有了自主意识之后，就会自己创造价值。那么，在人形机器人这个新的世界里也应该如此。人形机器人要想像人类一样具有自主意识的话，就要与人类进行平等对话、平等交流。

人类可以通过学习来掌握其他动物所没有的知识和技能。但是这种学习是被动学习；而机器人则不同，它可以通过不断地自我学习，来掌握自己所没有掌握的知识和技能。但人类可以通过自我学习而不断进步、不断提高智能水平；而机器人则不能通过自我学习来提高自己、不能通过自我学习来提高智能水平。

人形机器人在人类社会中面临着一系列伦理问题，如是否拥有自主意识；人与人形机器人之间是否存在着平等关系；人形机器人在执行任务时是否遵守道德规范；如何正确使用、保护和管理人形机器人；在遇到意外情况时应该如何处理等问题。这些问题涉及到人与机器之间如何相处、如何处理好人机关系等一系列问题。

这些问题应该在人形机器人的成长中逐步解决。据预测，到2030年左右将会出现“超级”人形智能机器——人形超级计算机；到2045年左右将会出现“超级”人形智能机器——人工智能（AI）大爆发；到2100年左右将会出现“超级”人类智能机器——人类新物种。

目前，人形机器人已经过了初级阶段（2010—2015年）与发展阶段（2016—2020年）；正在走向成熟阶段（2021—2050年）；未来会迎来快速发展阶段（2040—2100年）。

成本和效能问题                            

人形机器人的研发和制造成本通常较高，而且维护和运作的成本也不低。因此，如何降低人形机器人的成本，提高人形机器人的效能，是一个重要问题。这包括人形机器人的制造材料和技术、人形机器人的能源消耗和维护成本、人形机器人的寿命和可持续性等问题。

机器人是一个庞大的系统，包括机械、电子、计算机等各种技术，并且都是由大量的零部件构成的，机器人的成本是非常昂贵的。而机器人的效能也是非常高的，比如工业机器人，可以搬运重物、完成复杂任务等，这些都是人形机器人无法实现的。

就成本问题来说，人形机器人的制造和开发成本较高，主要是因为需要使用先进的材料和技术，以及复杂的制造工艺。人形机器人的关节和感应器部件需要精确制造和安装，而且还需要配备高性能的计算和控制系统。此外，人工智能和机器学习算法的研发和实施也需要大量的研究和开发资金。这些因素都导致了人形机器人的成本较高。

就效能问题来说，人形机器人的效能与其技术水平直接相关。高效能的人形机器人需要具备高度智能化和自主性，能够识别和理解环境中的信息，做出合理的决策和行动。此外，机器人的稳定性和运动能力，也对其效能有很大影响。目前的人形机器人技术尚处于发展初期，效能相对较低，往往无法与人类进行复杂的互动，或执行复杂的任务。

解决这些问题的关键在于不断推进人形机器人技术的发展。随着材料科学、计算机技术、人工智能和机器学习等领域的进步，人形机器人的制造成本将会下降，同时其智能化和自主性也将不断提高。此外，加强跨学科的研究合作，将有助于加快人形机器人技术的发展，提高其效能。例如，通过与神经科学和生物学等领域的研究合作，可以更好地理解人类的运动控制和认知能力，从而改进人形机器人的设计和控制算法。

让人形机器人表现出成人的智力，相较赋予它一岁儿童的感知和移动技能来说要容易得多。

人形机器人有了会抓握的手、弯曲的膝盖，以及提供推进力和平衡力的脚，会胜任更多的工作。但从地上捡拾垃圾并投入到垃圾箱，这对于许多人来说相当简单的行为，对于人形机器人来说已经是一项壮举。一个人从马路牙子上走下来，绊了一下但没有摔倒，并非奇迹，但对人形机器人来说却是巨大挑战。

也就是说，让人形机器人看起来像人非常容易，但让人形机器人真正像人一样移动却非常困难。

不过，这些问题已经见到曙光，中国的达闼公司以“灵活的关节、精巧的控制”解决了人形机器人运动关节等难题；宇树科技的最新国产人形机器人，受到一脚飞踹，两步趔趄后仍能恢复平衡，甚至能躲过背后的袭击，奔跑起来也有模有样。最近，“稚晖君”发布的人形机器人更是引起轰动。

总起来说，问题都在一步步解决中。在工程师、科学家、哲学家等的共同合作下，人形机器人最终会达到人类对它的期望和需求。

编辑：黄飞