丁汉：《人形机器人：机器人与人工智能结合的爆发点》
作者：丁汉（中国科学院院士，华中科技大学教授）
如今，智能装备、智能产线、智能车间到智能工厂，在国内的企业广泛应用和推广，从提质增效到节能减碳，无处不体现着信息技术、自动化技术和人工智能技术对传统制造业的赋能。机器人作为智能制造的关键技术之一，集成了新材料、智能传感器和人工智能等新兴技术，能直接参与制造过程，替代人工完成危险或重复性的工作。机器人已经成为推动中国制造业数字化转型的重要力量。
一、机器人是人工智能技术的重要落脚点
第一次工业革命以机器取代人力、畜力为标志，成为人类社会发展的重要里程碑。第二次工业革命见证了电力的大规模应用，推动了工厂的建立和集中式工业制造，专业技术的重要性也随着劳动分工的深化而日益凸显。
第三次工业革命，即信息技术革命，以计算机、数字通信、互联网等技术革新为核心，加速了生产效率的提升。也正是这一时期，工业机器人诞生了。1959 年，美国人英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人「尤尼梅特」，并在通用汽车的压铸厂生产线上投入使用，将机器人从幻想带入了现实。
然而，50 年代的机器人主要以机械臂的形式完成简单的重复性运动，还没有形成「人」的概念。彼时，可编程机械臂仅能根据程序完成单一工种的基础工作。近十年来，随着物联网、视觉传感器等底层技术和产品的升级，以及人工智能技术的深化应用，机器在工业制造环境中开始获得决策能力，真正向「机器人」迈进。
未来，在机电系统与生命系统的深度融合下，机器人的发展趋势是具有更高环境适应性和自主性。人形机器人有望在非结构化环境下实现自主决策，而人工智能、大模型和传感器的无缝对接，将为机器人技术带来更大的创新与突破。回归到工业制造领域，机器人是智能制造的四肢，将从最初的与零件交互，发展到与环境、人和其他机器人的复杂交互。机器人化制造也将为战略领域核心部件的高效高精加工提供新的思路。
二、人形机器人是机器人技术的集大成者和制高点
尽管最初的机器人难以胜任工厂内精细的制造任务，精度和灵敏度都无法和机床相比，但随着技术进步，机器人正在改变着工业制造的格局。目前，很多企业推行的「黑灯工厂」，即完全无人化、依靠机器自动运行的智慧工厂，大量应用了工业机器人和机械臂，但它们主要负责一些大批量、规范性的加工制造，按照预先设定的程序和算法进行识别、反馈和循环操作。对于一些小批量、技巧性强的精密零部件加工，传统机器人难以胜任。
针对这一挑战，人形机器人和灵巧操作在工业界有着巨大的潜力和价值。人形机器人涉及机械、电器 、材料、传感、控制、人工智能等多个学科的交叉与融合，被国际公认为是机器人技术的集大成者和制高点。
近年来，国内外有许多企业纷纷投入人形机器人赛道。波士顿动力用液压系统打造的 Atlas，从蹒跚学步到步履生风，不断刷新人们对机器人的认知。虽然液压 Atlas 已经「退役」，但他为人形机器人发展奠定了基础。特斯拉创始人马斯克在 2021 年宣布进军人形机器人领域，并在 2024 年初公布了第二代 Optimus（擎天柱）漫步于特斯拉工厂内部的视频。英伟达创始人黄仁勋也提出，人形机器人将会改变工业界，并在今年的 GTC 大会上介绍了基于英伟达 GR00 平台的人形机器人。
从本质上讲，人形机器人可以拆分为「人形」和「机器人」两部分。「人形」是指其外形采用人类的两足双手设计，以更贴近人类工作方式的形式去完成各类任务；「机器人」则是需要其具备一定的决策能力，能够像人一样思考，而不是执行既定程序的机器。
例如，过去的家用机器人（例如扫地机器人），在用户启动程序后才会根据规划路线进行清扫，但是具备判断意识的机器人则可以根据机器视觉和智能传感器检测到屋内或桌面上的垃圾或杂乱物品，从而主动进行整理和清洁。在技术层面，要加快人形机器人在特种环境中的应用，针对恶劣条件、危险场景作业等需求，强化其在复杂环境下的本体控制、快速移动、精确感知等能力，打造特种应用场景下高可靠人形机器人解决方案。
作者介绍：
丁汉：机械电子工程专家，中国科学院院士，华中科技大学机械科学与工程学院教授、博士生导师，华中科技大学学术委员会主任、国家数字化设计与制造创新中心主任、智能制造装备与技术全国重点实验室主任、国家自然科学基金重大研究计划“共融机器人的基础理论与关键技术研究”指导专家组组长、国家自然科学基金基础科学中心“机器人化智能制造”首席科学家，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金资助获得者。兼任：中国机械工程学会机器人分会主任委员、《中国科学：技术科学》副主编、《国家科学评论》编委、《科学通报》编委、IEEE/ASME机电一体化汇刊技术编辑、IEEE 机器人与自动化汇刊资深编辑等。丁汉长期从事机器人与数字制造理论与技术的研究，将机器人学和制造技术相结合，建立了复杂曲面宽行加工理论，揭示了刀具“空间运动-包络成形-加工误差”间的微分传递规律，提出了高速加工稳定性分析的全离散法，突破了叶轮叶片数字化智能化加工技术瓶颈，研制了自主知识产权的工艺软件TurboWorks，形成了叶盘叶片高效高精加工成套工艺解决方案，在中国航发多家企业得到成功应用；研制了大叶片机器人“测量-操作-加工”一体化（3M）磨抛系统，在中国中车、中航工业得到重要应用，取得显著的经济效益。领导数字制造装备与技术国家重点实验室（现智能制造装备与技术全国重点实验室）在2013、2018年两次评估中被评为优秀实验室。出版学术专著4部，发表SCI刊物论文260余篇。获得国家自然科学二等奖1项，国家教学成果一等奖2项，国家科技进步二等奖2项、三等奖1项，机械工业科学技术奖技术发明特等奖1项。
