作者：北京郵電大學人機交互與認知工程實驗室主任、特聘研究員、博導 劉 偉

人形機器人是指外形或結構模仿人類的機器人，通常具備類似于人的外貌、姿勢、動作等特點，能夠在一定程度上模擬人類的運動和行為。人形機器人不僅可以執行日常任務，還可以進行感知、交互、運動等活動，某些高端人形機器人甚至能夠表現出簡單的情感和反應。人形機器人集機、電、材料、計算機、傳感器、控制、認知技術等多門學科于一體，是一個國家高科技實力和發展水平的重要標志。目前，人形機器人正在快速發展，并在多個領域展現出巨大的潛力。盡管技術上還面臨諸多挑戰，但隨著人工智能、機器人學、人機交互、材料科學等技術的突破，未來人形機器人有望在日常生活、工作、醫療等各個領域發揮重要作用。與此同時，社會、倫理和法律等方面的問題也需要得到更多關注和解決，以實現人類與人形機器人和諧共存。

人形機器人的發展歷程

人形機器人是一種具有人類外形結構和智能功能的機器人，它們不僅能夠模仿人類的形態和靈活的舉止動作，還能夠進行復雜的環境感知、自主學習和人機交互。‌人形機器人的發展歷程可以追溯到幾十年以前，并經歷了多個技術領域的創新與突破，涵蓋了人形機器人從概念到實際應用的發展過程。

20世紀初，雖然人形機器人還沒有出現在現實中，但早期的科幻小說和機械設計啟發了人們的想象力。1920年，劇作家卡雷爾·恰培克在他的科幻情節劇《羅素姆的萬能機器人》中，第一次提出了“機器人”（Robot）這個名詞，被當成了機器人一詞的起源，在捷克語中，Robot這個詞是指一個服役的奴隸，這為后來的機器人研究打下了概念及理論基礎。同時，早期的一些機械人形設計出現在自動化裝置中，如機械人玩偶，這些裝置能夠執行簡單的動作，但并沒有復雜的智能系統。

20世紀50年代，計算機科學和人工智能的基礎研究開始興起，科學家們開始討論如何讓機器模仿人類行為。如被稱為人工智能之父的艾倫·圖靈（Alan Turing）提出的“圖靈測試”為評估機器智能提供了標準。圖靈測試是指測試者在與被測試者（被測試者包括一個人和一臺機器）隔開的情況下，測試者通過一些裝置（如鍵盤）向被測試者隨意提問。問過一些問題后，如果被測試者有超過30%的答復不能使測試者確認出哪個是人、哪個是機器，那么這臺機器就通過了測試，并被認為具有人類智能。1959年，約瑟夫·恩格爾伯格（Joseph Engelberger）和喬治·德沃爾（George Devol）發明了“Unimate”機器人，這是第一臺工業機器人，雖然不是人形的，但為機器人技術的普及奠定了基礎。20世紀初期，機器人已躁動于人類社會和經濟的母胎之中，人們含有幾分不安地期待著它的誕生。他們不知道即將問世的機器人將是個寵兒還是個怪物。

針對人類社會對即將問世的機器人的不安，美國著名科學幻想小說家阿西莫夫于1950年在他的小說《我是機器人》中，首先使用了“機器人學”（Robotics）這個詞來描述與機器人有關的科學，并提出了有名的“機器人三原則”：一是機器人必須不危害人類，也不允許他眼看人將受害而袖手旁觀；二是機器人必須絕對服從于人類，除非這種服從有害于人類；三是機器人必須保護自身不受傷害，除非為了保護人類或者是人類命令它作出犧牲。這三條守則，賦予機器人社會新的倫理性，并使機器人概念通俗化，從而更易于被人類社會所接受。至今，“機器人三原則”仍為機器人研究人員、設計制造廠家和用戶提供了十分有意義的指導方針。

20世紀70年代，隨著微處理器技術的發展，人形機器人的研究開始進入一個新的階段，日本本田公司（Honda）于1973年推出了其早期的人形機器人，這款機器人展示了基本的機械運動能力，但其行動非常簡單。20世紀80年代，日本的京都大學和東京大學等研究機構開始開發更為復雜的機器人。日本本田公司的P2和P3系列機器人逐漸具備了更好的人形外觀和簡單的行走能力，能夠模仿一些基本的人的動作。1996年，日本國家工業科學技術研究所（AIST）推出了“HRP-1”人形機器人，這是一款具備初步步態控制和視覺系統的機器人，代表著人形機器人逐步走向實用化。2000年，日本本田公司推出了阿西莫（ASIMO）機器人，這款機器人是當時世界上比較先進的人形機器人之一，ASIMO具備了較為流暢的步態，能夠完成走路、跑步、跳躍等動作，甚至能與人類進行簡單的互動。WABIAN（仿人機器人）‌是由早稻田大學的加藤·高西研究室開發的一款雙足仿人機器人，其設計目的是模擬人類運動，以替代人類進行康復設備的測試，解決老齡化社會中老年人行動不便的問題。該機器人模擬人類的關節分布和運動形式，行走步態與人類非常相似。

21世紀前十年間，機器人技術迅速發展，人工智能技術的突破使得人形機器人不僅具備更復雜的動作和步態，還能進行更高水平的感知和交互。2013年，波士頓動力公司推出了“阿特拉斯”（Atlas），這是一款高度靈活的人形機器人，能夠完成跑步、跳躍等復雜動作，并可以在不平坦的地面上行走。Atlas標志著人形機器人在運動能力方面取得了重大突破。2014年，日本軟銀推出了其著名的人形機器人Pepper，該機器人能夠與人類進行情感交互，具備了基礎的自然語言處理和面部識別能力，成為商用和家庭用途的熱門產品。2015年，波士頓動力公司的SpotMini和Spot等機器人也展示了在實際環境中行走、抓取物體的能力，雖然它們并不是嚴格意義上的“人形”機器人，但它們的動作與靈活性為人形機器人技術提供了參考。

2020年前后，隨著人工智能、機器人技術、機器學習等領域的發展，越來越多的公司和機構開始推出先進的人形機器人。例如，特斯拉的創始人埃隆·馬斯克在2021年宣布計劃推出“Optimus”人形機器人，旨在為日常生活提供服務。2023年，隨著大模型技術的快速發展，人形機器人技術在運動能力、感知能力、人工智能等方面取得了較大突破，新的研究嘗試通過機器學習等方法讓人形機器人能夠在更多復雜場景下進行自主決策和互動。

隨著人工智能、傳感器技術、材料科學以及計算能力的進一步發展，人形機器人將趨向更加自然、靈活和智能。未來的挑戰不僅僅在于讓人形機器人更加人性化，還包括如何讓它們在復雜的環境中高效工作，并與人類密切協作。預計未來的人形機器人不僅會在家庭、醫療、服務等行業得到廣泛應用，還可能在教育、老齡化社會的照護、災難救援等領域發揮重要作用。簡言之，人形機器人的發展歷程體現了計算機科學、人工智能、機械工程等多個學科領域的進步。盡管仍有很多技術難題需要破解，但人形機器人在未來將可能成為社會中的重要組成部分。

人形機器人的發展現狀

近年來，人形機器人技術取得了顯著進展，從基本的運動和交互能力到高度智能化的自主決策和復雜任務執行，應用范圍不斷拓展。人形機器人的發展現狀主要包括以下幾個方面：

一是已具備相當復雜的運動能力及具有一定的靈活性。通過先進的控制算法和高精度的傳感器，人形機器人能夠完成各種動作，如行走、跑步、跳躍、上下樓梯等。波士頓動力公司的Atlas是當前運動能力比較強的人形機器人之一。Atlas能夠完成跑步、跳躍、翻滾等高難度動作，并且在不平坦地形或障礙物面前，仍能維持較高的穩定性。雖然日本本田公司的ASIMO已經相對較老，但它仍是一款經典的人形機器人，展示了復雜的步態控制和手勢互動能力。其最新版本已經能夠與人類進行多樣化的交互，如打招呼、遞物、與人對話等。

二是在感知和人機互動方面的能力顯著增強。隨著人工智能技術的進步，現代人形機器人在感知和人機互動方面的能力顯著增強。當前已有能力為人形機器人配備高效的視覺、聽覺、觸覺等感知系統，使得人形機器人能夠更自然地與人類交流。由日本軟銀推出的Pepper是一款可綜合考慮周圍環境，并積極主動地作出反應的人形機器人，具備情感識別和自然語言處理能力。Pepper能通過表情、語音與人類進行互動，并且能夠根據人的情感狀態調整自己的行為。由Hanson Robotics公司開發的索菲亞（Sophia）是一款著名的人形社交機器人。Sophia能夠識別面部表情變化、進行語音交流和自然語言理解，甚至能與人類進行有深度的對話。她還具有一定的人工智能和機器學習能力，能夠在互動中不斷學習和適應。

三是能力得到提升并能夠執行更高層次的任務。人工智能的應用使得人形機器人能夠執行并完成更為復雜的任務。通過深度學習、自然語言處理、圖像識別等技術，人形機器人能夠在不斷的交互中提升自己的能力，并執行更高層次的任務。比如，人形機器人如Pepper和Sophia能夠通過語音識別和自然語言生成與人進行流暢的對話。隨著人工智能算法的進步，人形機器人的語言理解和生成能力日益接近人類。又如，一些高端人形機器人正在集成自我學習的功能，通過不斷接收來自環境和用戶的反饋來優化行為和決策。例如，Sophia和一些研究型人形機器人在對話中能夠識別情感并作出回應。

四是應用領域逐步拓展到多個實際場景。人形機器人的應用已經從最初的科研和展示，逐步拓展到多個實際場景，涵蓋了教育、服務、醫療、娛樂、家庭等多個領域。人形機器人可以在商場、機場、酒店等場所承擔接待、導覽等工作。Pepper等人形機器人通過與顧客互動提供信息和服務，提升了用戶體驗。隨著全球人口老齡化問題的加劇，老年人護理成為人形機器人應用的一個重要領域。例如，人形機器人可以為老年人提供監護、陪伴、情感支持等服務，甚至幫助老年人完成一些日常活動，如就餐、拿藥等。還有不少公司已經開始將人形機器人應用于教育領域，尤其是在早期兒童教育領域和特殊教育領域。人形機器人可以通過互動式教學、故事講解等方式，提高學習的趣味性和效果。目前，一些研究型人形機器人被用于輔助康復治療，尤其是在運動功能恢復方面。這些人形機器人通過模仿人類動作幫助病人進行肢體活動，甚至可以進行心理疏導。

五是擁有一定自主性及能夠同時執行多項簡單任務。人形機器人逐步發展成可以獨立執行任務的智能體。通過高效的算法和更強大的計算能力，人形機器人可以在動態環境中作出自主決策，并完成復雜的任務。人形機器人現在能夠在動態環境中進行自主導航，避開障礙物并規劃路徑，執行如搬運物品、送餐等任務；能夠通過視覺和傳感器實時感知周圍環境，并實時調整自己的行為。一些新型人形機器人已經能夠同時處理語音、視覺、觸覺等多模態的信息，進行復雜任務的協調。例如，它們能夠識別物品、與人進行交流，同時操作機械手臂進行物品搬運。

未來，人形機器人將更加智能和具備更多功能，逐步融入日常生活的方方面面，將能夠更加準確地理解人類的情感、需求，并根據情境作出適應性反應。隨著人工智能技術的進一步發展，人形機器人將能夠在更加復雜的環境中自主執行任務，并在與人類的互動中更智能。從家庭到工作場所，再到公共服務領域，人形機器人將廣泛應用于日常生活的各個方面，提供更多的個性化服務和解決方案。客觀而言，雖然人形機器人仍然面臨諸多技術和倫理挑戰，但它們的各項能力已經在不斷提升，未來有望在各個領域發揮重要作用。

人形機器人發展面臨的挑戰

人形機器人作為人工智能和機器人學的前沿技術，其發展面臨著諸多挑戰，這些挑戰既包括技術上的瓶頸，也包括倫理、社會和經濟層面的難題。

? 第一，技術挑戰。

運動能力不協調和穩定性差。目前盡管一些人形機器人（如波士頓動力公司的Atlas）在運動能力上取得了顯著進展，但實現更加自然和流暢的運動仍然是一個巨大的挑戰。人形機器人需要模擬人類的復雜步態、身體協調和平衡，尤其是在不平坦地面或面對外部沖擊時保持穩定，這涉及到多個學科的深度融合，包括控制理論、力學、人工智能和感知技術。還有動作靈活性與平衡問題，當人形機器人需要快速奔跑、跳躍或完成復雜的動作時，如何保證其身體的穩定性以及避免摔倒，這依賴于高精度的傳感器和高級算法。此外，高復雜度的運動和操作需要大量的電力支持，而現有電池技術無法滿足長時間、高負荷運行的需求。這就需要開發出更高效、容量更大的能源系統。

感知能力弱和理解力差。人形機器人需要具備先進的感知系統，以便識別和理解環境中的對象、障礙物、人物和情感。這涉及到多種傳感器和算法的整合，包括視覺、聽覺、觸覺等。通過計算機視覺來理解環境，識別物體、面部表情、動作等。即使在復雜和動態的環境中，人形機器人的視覺系統也需要快速而準確地處理大量信息。針對多模態感知的整合，如何將不同感知通道（如視覺、聽覺、觸覺）結合起來，以確保人形機器人能夠作出更準確的判斷和反應，這一過程對計算能力提出了極高的要求。

自然語言理解與生成不夠準確。人形機器人需要能夠理解并流暢回應自然語言，進行對話和交流。這不僅要求人形機器人能夠識別語音，還要求其在對話中能夠理解上下文、情感和語境，并作出適當的反應。人形機器人不僅要“聽懂”人類說話的內容，還需要理解語境、情感以及潛在的意圖。經濟全球化的大背景下，如何讓人形機器人在多種語言和方言環境下都能順利交流，是一項技術難題。

自主決策機械化與任務執行程序化。隨著人工智能技術的發展，人形機器人開始具備一定的自主決策能力，能夠根據環境和任務的變化進行調整。然而，這種自主性仍然面臨著許多挑戰。在動態和復雜的環境中，人形機器人需要能夠快速作出決策并且規劃出最優的行動路徑。這就要求人形機器人在運行過程中能夠實時感知并處理環境變化。未來的人形機器人不僅要能夠執行單一任務，還要能夠同時處理多項任務，例如，在與人互動的同時執行某些動作（如搬運物品或清潔房間）。

? 第二，倫理與社會挑戰。

人機交互的倫理問題。隨著人形機器人逐漸進入日常生活，如何確保人形機器人與人類之間的交互不會產生負面的社會影響，成為一個重要的倫理問題。如果人形機器人能夠識別和模仿人的情感，它們有可能被用于操控人類情感或心理，特別是在醫療、教育或娛樂等領域，如何防止人形機器人在無意或惡意的情況下影響人類行為，是需要謹慎考慮的問題。人形機器人與人類的互動涉及大量的個人數據（如語音、行為、面部表情等），如何確保這些信息的安全以及隱私得到保護，防止數據泄露或濫用，是一個緊迫的問題。

社會適應性和就業影響。隨著人形機器人在服務、醫療、教育等領域的應用，許多人擔心人形機器人可能會取代大量人工崗位，從而引發社會和經濟問題。人形機器人技術的普及可能會影響到許多傳統崗位，尤其是在低技能和重復性工作領域。如何平衡自動化帶來的效率提升與不減少人類勞動力的就業機會，是一個重要的社會問題。盡管人形機器人在一些領域取得了進展，但許多人仍對與人形機器人和諧共存持懷疑態度，特別是在涉及情感交互和日常生活的領域。因此，如何提高社會對人形機器人技術的接受度，以及讓人形機器人更好地融入人類社會，仍然是一個需要解決的問題。

? 第三，成本與經濟挑戰。

目前，人形機器人的研發和制造成本非常高，這使得人形機器人的商業化應用面臨較大的經濟壓力。開發一款高性能的人形機器人涉及到復雜的硬件、傳感器、軟件和算法的研發，成本高昂，尤其是在人形機器人需要具備高精度的運動能力和感知能力時，制造過程的復雜性就會進一步提高。即使一款人形機器人成功上市，其價格也通常很高，這限制了其普及應用。即使是企業或政府采購，長時間的維護和更新也是一筆不小的開銷。雖然人形機器人在一些行業（如高端服務、醫療、教育等）中逐漸有了一定的應用，但其普及程度仍然較低。如何讓人形機器人技術惠及更多的普通消費者，并且具備良好的性價比，是當前商業化的難點。

? 第四，法律與監管挑戰。

隨著人形機器人技術的發展，各國政府和社會需要制定相關的法律和規范來應對技術帶來的新問題。當人形機器人在執行任務時發生意外或出現錯誤，責任應由誰來承擔？是開發公司、人形機器人本身，還是使用者？關于這一問題目前尚無明確的法律框架。隨著人形機器人技術的發展，如何制定和執行人形機器人安全標準，確保人形機器人在與人類互動時不會對人類造成傷害，也是未來需要解決的重要問題。

? 第五，人類—人形機器人共生問題。

人形機器人不僅僅是工具，未來可能成為人類生活和工作的伙伴。因此，如何設計和制造符合人類需求、能夠與人類和諧共存的機器人，是一項重要的課題。如何讓人形機器人更人性化，能夠感知、理解并尊重人類的情感和需求，進而更好地融入人類家庭、工作和社會環境？人形機器人如何適應不同國家、地區和文化的需求和習慣，這涉及到語言、行為規范、社會期待等多個方面。

人形機器人的發展充滿挑戰，從技術難題到倫理和社會問題，都需要跨學科的合作和創新來解決。隨著技術不斷進步，人形機器人可能會在多個領域扮演越來越重要的角色，但其普及和應用仍然需要解決許多技術、社會和經濟問題。

人形機器人的未來發展趨勢

人形機器人是人工智能和機器人學的前沿領域，其未來發展將受到多個因素的推動，包括技術進步、社會需求、倫理考量和市場環境等。人形機器人未來發展的趨勢主要體現在以下幾個方面：

將具備更高的運動能力與自我平衡能力。未來的人形機器人將變得更加靈活、穩定，能夠執行更復雜的任務。當前已有的人形機器人（如波士頓動力公司的 Atlas）已經能夠完成跑步、跳躍、翻滾等高難度動作，但為了更好地適應復雜環境和人類社會，未來的人形機器人將需要具備以下特點：一是能夠模仿人類的自然運動，包括復雜的步態、手勢、眼神交流等，使人機互動更加流暢和自然；二是具備高效的平衡和自我修復能力，如在不平坦的地面上行走、快速反應及應對外界沖擊，甚至在摔倒后能夠自行恢復站立，這將進一步提高人形機器人的適用范圍和實用性。

將具備更強的感知與智能交互能力。人形機器人將在感知能力和人機交互方面取得巨大突破。隨著計算機視覺、語音識別、自然語言處理和深度學習技術的進步，人形機器人將能夠產生特定環境下更精準的機器視覺與物理環境理解，將通過增強現實（AR）和計算機視覺技術，實時感知周圍環境，識別物體、障礙、人物以及環境中的動態變化。同時具有多模態交互能力，未來的人形機器人將不僅限于語音交互，還能通過手勢、表情、眼神等方式與人類進行多樣化的溝通和情感交流。更重要的是情感識別與社交能力，即通過情感計算和面部表情識別，人形機器人能夠理解并回應人的情緒，這使得它們能夠在醫療、教育和客戶服務等領域進行更具人性化的互動。

將具有更強自主性與實現智能決策。隨著人工智能技術的不斷發展，未來的人形機器人將具備更強的自主決策能力，能夠根據環境、任務需求以及與人的互動情況作出智能決策。人形機器人將能夠根據經驗不斷優化自己的行為，學習新任務并自我調整以適應不同的環境和場景。這將使得它們能夠更好地應對各種復雜任務，無需依賴外部指令或人工干預。未來的人形機器人不僅能夠執行簡單的重復性任務，還能夠完成更復雜的任務，例如，進行醫療診斷、建筑設計或高精度制造。

將具備更高效的能源管理與續航能力。未來，隨著電池技術、能源收集和儲存技術的進步，人形機器人將能夠在更長時間內自主地運行，具備更長的續航時間，借助更高能效的電池、超級電容器等新技術，人形機器人將能夠長時間穩定運行，特別是在需要長期工作但又無法頻繁充電的環境中（如救援任務、長期陪伴）。未來的人形機器人可能會通過環境能量收集（如太陽能、熱能轉換等）來延長續航時間，甚至在某些應用場景下實現“永續運行”。

將有能力進行更高水平的商業化應用與普及。隨著技術的不斷進步和成本的逐步降低，人形機器人將在各個行業中獲得更廣泛的應用，成為日常生活的一部分。未來，人形機器人將廣泛進入家庭中，提供如家務清潔、陪伴、照護、老人護理等服務。人形機器人將成為智能家居的核心組成部分，與其他智能設備無縫協作。在人形機器人中，醫療陪護機器人、手術助手機器人、康復機器人等將成為重要應用領域。特別是在人口老齡化社會中，人形機器人將為老年人提供護理、陪伴以及日常幫助。人形機器人將在教育領域充當教師或輔助教學的角色，提供個性化教學和學習支持，尤其在特殊教育和個性化輔導方面。

將逐步實現人機協作與融合。未來的人形機器人不僅會單獨工作，還將與人類密切協作，尤其是在工業、醫療和服務等行業，人形機器人將更多地擔任人類的助手角色。未來的人形機器人將與人類并肩工作，協同完成任務。如在工廠中，人形機器人可以幫助工人完成高強度的體力工作，而工人則可以專注于更需要創造力和判斷力的任務。人形機器人將結合增強現實（AR）和虛擬現實（VR）技術，創造出全新的交互和工作體驗，人形機器人還可以通過AR技術進行虛擬教學或實時數據分析，幫助人類作出更好的決策。

倫理與社會影響將逐步解決。隨著人形機器人逐漸進入社會，倫理和法律問題將成為重要的關注點。未來，關于人形機器人的倫理設計、法律責任、隱私保護等方面的規范將不斷厘清人機倫理和情感界限。人形機器人在與人類的情感互動中可能會帶來復雜的倫理問題。比如，在陪伴老年人的場景中，人形機器人是否能“替代”人與人之間的情感交流，是否會導致孤獨感加劇等，這些問題都需要全社會的深度思考與討論。另外，人形機器人法律地位與責任問題也會提到日程上來，如何界定人形機器人在工作中的責任，誰應該為人形機器人犯的錯誤或導致的故障承擔責任？這些問題將推動相關法律法規的建立和完善。

經濟全球化與文化適應性。隨著人形機器人技術的普及，如何在不同的文化背景下進行適配和設計，將是一個重要課題。人形機器人需要能夠理解和適應全球不同文化和語言環境，以提供個性化的服務。未來的人形機器人將在全球范圍內應用，因此，能夠理解并融入不同文化的人形機器人將變得尤為重要，人形機器人需要適應不同的語言、社交習慣和文化價值觀。人形機器人將在不同國家和地區提供服務，如何進行多語言的識別與理解，以及如何與當地的技術生態系統進行無縫協作，將是重要的發展方向。

未來的人形機器人將更加智能、靈活、情感化，并且將在多個領域發揮越來越重要的作用。從家務助手到醫療助手，再到工業協作伙伴，人形機器人將逐步改變我們的生活方式。隨著技術的不斷突破和社會的逐步適應，人形機器人有望成為人類社會的重要組成部分，給人類帶來更加便捷、安全和高效的生活體驗。然而，在這一過程中，如何平衡技術發展與倫理、法律等社會問題，將是實現這一愿景的關鍵。