導(dǎo)語(yǔ)當(dāng)所有人都在討論大模型如何賦予機(jī)器人“大腦”時(shí)一位深耕機(jī)器人硬件二十余年的學(xué)者發(fā)出了不一樣的聲音。Agility Robotics聯(lián)合創(chuàng)始人、俄勒岡州立大學(xué)教授Jonathan Hurst在《Science Robotics》上發(fā)表觀點(diǎn)文章直指一個(gè)被行業(yè)狂熱掩蓋的根本事實(shí)AI只是被硬件物理約束的軟件人形機(jī)器人的未來(lái)是由機(jī)械硬件決定的。 這篇文章以飛機(jī)從撲翼機(jī)到固定翼的進(jìn)化史為鏡對(duì)人形機(jī)器人的最佳硬件路徑做出了系統(tǒng)性預(yù)測(cè)。一、被忽視的真相AI無(wú)法彌補(bǔ)硬件的物理鴻溝“人工智能不過(guò)是被硬件物理限制的軟件?！边@句話是全文的核心論點(diǎn)。Hurst認(rèn)為當(dāng)前行業(yè)有一種危險(xiǎn)的過(guò)度論調(diào)——硬件會(huì)商品化未來(lái)將是軟件定義一切的通用機(jī)器時(shí)代。但事實(shí)恰恰相反?？唇裉斓墓I(yè)自動(dòng)化就能理解這條鴻溝。在需要高精度定位軌跡的場(chǎng)景中——金屬加工、點(diǎn)焊、高速拾取——工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)超人類因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)成極高剛度的精密機(jī)構(gòu)。但在穿越地形、移動(dòng)操作、軟性力控交互等場(chǎng)景中人類依然遙遙領(lǐng)先。這兩類能力的差距不是算法的差距而是物理硬件的差距。再聰明的AI也無(wú)法讓一個(gè)高剛度、高摩擦、響應(yīng)遲鈍的機(jī)械系統(tǒng)做出人類那樣流暢、柔順、充滿生命感的動(dòng)作。“制造一個(gè)看起來(lái)像人的機(jī)器人很容易但制造一個(gè)像人類一樣移動(dòng)的機(jī)器人就難得多?！盚urst寫道。兩個(gè)機(jī)器人可以有完全相同的外觀和運(yùn)動(dòng)軌跡但關(guān)節(jié)摩擦、慣性、順從性等硬件動(dòng)力學(xué)的差異會(huì)讓它們的真實(shí)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)截然不同。這些硬件特性可以成為控制的障礙也可以成為不可或缺的伙伴——一切取決于設(shè)計(jì)是否遵循了正確的物理原則。二、從撲翼機(jī)到固定翼人形機(jī)器人的進(jìn)化隱喻這是一段精彩的歷史類比。早期人類試圖飛上天空時(shí)直覺(jué)性地模仿鳥類——制造帶有拍打翅膀的飛行器。這些撲翼機(jī)看起來(lái)很“像鳥”但它們都失敗了。直到我們真正理解了空氣動(dòng)力學(xué)的物理原理飛機(jī)才找到了自己的形態(tài)固定翼、螺旋槳或噴氣推進(jìn)與鳥類的飛行方式截然不同但效率遠(yuǎn)超鳥類。Hurst認(rèn)為今天的人形機(jī)器人正處于“撲翼機(jī)階段”。很多公司癡迷于精確復(fù)制人體尺寸、五指靈巧手等生物特征恰恰暴露了我們對(duì)“機(jī)器人應(yīng)該如何移動(dòng)和操作”的物理原理還缺乏根本理解。未來(lái)的人形機(jī)器人將像飛機(jī)一樣——有熟悉的特征但與人體的相似之處到此為止。它們會(huì)直立行走、有軀干、有手臂、可能有臉部用于人機(jī)交互但關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、手部設(shè)計(jì)都將按照工程最優(yōu)原則重新設(shè)計(jì)而非模仿生物學(xué)。三、一份系統(tǒng)性的最佳硬件路徑預(yù)測(cè)Hurst在文章中給出了從執(zhí)行器到傳動(dòng)系統(tǒng)從手部到腳部的完整技術(shù)路線預(yù)測(cè)。這是他作為Agility Robotics聯(lián)合創(chuàng)始人和Digit人形機(jī)器人設(shè)計(jì)者的核心經(jīng)驗(yàn)?zāi)殹?.1 主執(zhí)行器電磁驅(qū)動(dòng)進(jìn)化而非革命“主執(zhí)行器將采用電磁驅(qū)動(dòng)是我們目前看到的無(wú)刷直流電機(jī)的改進(jìn)和進(jìn)化?！彼鞔_指出像聚合物人工肌肉這樣的新型執(zhí)行器“仍然遙遙無(wú)期”而氣動(dòng)或液壓執(zhí)行器在人形應(yīng)用中“存在根本性的能效和性能缺陷”。真正的突破將來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)路線的持續(xù)優(yōu)化新型軸向磁通電機(jī)如汽車行業(yè)已使用的YASA結(jié)構(gòu)、橫向磁通變體、新型三維電磁建模方法、高通磁性材料等。一個(gè)容易被忽視的物理約束是即使電機(jī)扭矩密度大幅提升變速箱仍然是必需的尤其是對(duì)于大型機(jī)器人。原因在于比例定律——大型機(jī)器比小型機(jī)器“弱”。螞蟻能舉起數(shù)倍于自身重量的物體但大象不能跳躍。當(dāng)機(jī)器人尺寸增大其質(zhì)量按立方增長(zhǎng)而力量按平方增長(zhǎng)必須通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)這一差距。3.2 大關(guān)節(jié)傳動(dòng)滾動(dòng)接觸式環(huán)形減速器對(duì)于膝蓋、肘部等大關(guān)節(jié)Hurst的首選是滾動(dòng)接觸式環(huán)形減速器。這類傳動(dòng)裝置的優(yōu)勢(shì)在于低摩擦、高耐用性、耐沖擊、緊湊外形、扭矩密度與質(zhì)量匹配且制造工藝簡(jiǎn)單。當(dāng)與新型高扭矩密度電機(jī)結(jié)合可以形成高帶寬扭矩控制和反向驅(qū)動(dòng)性能極佳的關(guān)節(jié)模塊?！皼](méi)有什么能比得上它們?！彼麑懙?。3.3 手部設(shè)計(jì)腱驅(qū)動(dòng) 串聯(lián)彈性執(zhí)行器手是最復(fù)雜的末端執(zhí)行器。Hurst認(rèn)為腱驅(qū)動(dòng)是細(xì)指末端施加巨大力的最結(jié)構(gòu)高效方式——腱繩只承受拉力配合連桿承受壓縮載荷就像人類手部的肌腱和骨骼結(jié)構(gòu)。執(zhí)行器應(yīng)放在前臂——就像驅(qū)動(dòng)人類手指的肌肉一樣——因?yàn)槭植啃枰吖β屎透吡α慷种缚臻g極其有限。由于腱繩系統(tǒng)在從執(zhí)行器到指尖的傳遞過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生速度和力的變化級(jí)聯(lián)彈性series elasticity是必需的用以實(shí)現(xiàn)卓越的力控制和沖擊容忍度?！白詈箅觳荒陀谩Ｋ鼈兪强筛鼡Q的磨損部件比如腳底。”——這個(gè)務(wù)實(shí)到近乎冷淡的結(jié)論來(lái)自真實(shí)產(chǎn)品反復(fù)迭代的經(jīng)驗(yàn)。3.4 腳部功能性腳跟-腳尖步態(tài)走路的物理本質(zhì)比大多數(shù)人想象的更精妙?！肮δ苄阅_跟著地”是必需的——腳跟著地可以吸收腳部接觸的沖擊隔離大腿部馬達(dá)免受初始沖擊讓膝蓋開始彎曲并吸收剩余沖擊。而腳尖離地則將腿部伸展超出直膝狀態(tài)每一步都為步態(tài)增加能量是高效快速行走的關(guān)鍵。這背后的原因在于人形機(jī)器人大多數(shù)時(shí)候膝蓋幾乎是直的不會(huì)消耗過(guò)多能量來(lái)支撐體重。腳部需要有結(jié)構(gòu)來(lái)很好地處理這些沖擊和過(guò)渡遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越“扁平金屬板”的粗糙設(shè)計(jì)。四、從原則推演出的形態(tài)Hurst特別強(qiáng)調(diào)基本的人形形態(tài)并非源于審美偏好而是源自第一性原理。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性在走廊等狹小空間中高處工作腿部比輪子更穩(wěn)定因?yàn)槟_能更快地移動(dòng)到新位置以支撐質(zhì)心應(yīng)對(duì)突發(fā)干擾。直立軀干簡(jiǎn)化占地面積為計(jì)算和電池留出空間還能通過(guò)向加速方向傾斜提升平衡能力。雙臂安裝在肩部提供了將大型物體從地面抬到最高架子的完整工作空間方便接住跌落物同時(shí)提供出色的慣性驅(qū)動(dòng)便于轉(zhuǎn)身或保持平衡。這些形態(tài)特征是一個(gè)物理系統(tǒng)在人類環(huán)境中高效工作的工程最優(yōu)解而非對(duì)生物學(xué)形態(tài)的盲目復(fù)制。五、安全人形機(jī)器人走入人類生活的最后一道門檻Hurst對(duì)安全的討論格外值得關(guān)注。他明確提出安全“不僅依賴于感知和具情境感知的智能選擇還依賴于能夠可靠經(jīng)過(guò)安全認(rèn)證的冗余級(jí)別在安全地點(diǎn)施加安全力的執(zhí)行器”。這意味著人形機(jī)器人的安全不是純軟件問(wèn)題。即使AI完美無(wú)缺一個(gè)無(wú)法在接觸瞬間精確控制施加力量、無(wú)法在摔倒時(shí)保護(hù)周圍人的機(jī)械系統(tǒng)就永遠(yuǎn)無(wú)法進(jìn)入人類家庭。安全力控的本質(zhì)是執(zhí)行器和傳動(dòng)的物理能力而非算法判斷。具體而言機(jī)器人必須在與人實(shí)際接觸時(shí)避免夾點(diǎn)、跌倒或踩到他人腳及其他物理風(fēng)險(xiǎn)。這要求執(zhí)行器具備冗余級(jí)別的安全認(rèn)證——一個(gè)關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)、材料選擇和系統(tǒng)架構(gòu)的物理工程問(wèn)題。六、從后室到家庭一條漸進(jìn)的道路Hurst描繪了人形機(jī)器人進(jìn)入人類社會(huì)的三個(gè)階段。第一階段當(dāng)前商業(yè)和工業(yè)環(huán)境的“后室”——搬運(yùn)托特袋、分揀包裹、簡(jiǎn)單套件裝配。這些任務(wù)仍然是流程自動(dòng)化范疇但比傳統(tǒng)機(jī)器人任務(wù)更具變異性且符合機(jī)器人的經(jīng)典“3D”——無(wú)聊、骯臟或危險(xiǎn)。第二階段隨著通用能力提升、安全性確認(rèn)、價(jià)格下降擴(kuò)展到更多商業(yè)和工業(yè)環(huán)境包括熟悉的零售場(chǎng)景逐步從后室走向公共空間。第三階段當(dāng)移動(dòng)和操控在各種環(huán)境中達(dá)到了廣泛的通用能力能夠在人們的家庭中適應(yīng)并逐步證明其安全操作——讓我們能夠信任它們?cè)诤⒆雍蛯櫸锷磉叀鼈儾艜?huì)進(jìn)入家庭成為大多數(shù)人日常生活的一部分。這條路徑的關(guān)鍵約束在每個(gè)階段都是硬件的成熟度而非僅僅軟件的進(jìn)步。七、結(jié)語(yǔ)物理智能的時(shí)代正在到來(lái)文章最后Hurst給出了一個(gè)令人心潮澎湃的展望?！坝扇斯ぶ悄苜x能的人形機(jī)器人帶來(lái)了機(jī)器人新紀(jì)元無(wú)論人們工作在哪里都能解鎖操作無(wú)需進(jìn)行架構(gòu)改造。多用途機(jī)器人能解決許多單一用途機(jī)械難以自動(dòng)化的任務(wù)。這兩個(gè)功能——在人類空間中運(yùn)作且多功能——將重新定義勞動(dòng)放大人類野心類似于加速的工業(yè)革命。”“路上將有各種各樣的人形機(jī)器人和車輛一樣多樣各自擁有獨(dú)特的特色。人類很快將擁有前所未有的機(jī)器人助手?！倍鴮?shí)現(xiàn)這一切的前提在于我們是否有足夠的智慧去理解物理智能的本質(zhì)首先是一個(gè)物理問(wèn)題。論文信息標(biāo)題Physical artificial intelligence rests on mechanical hardware作者Jonathan Hurst俄勒岡州立大學(xué)、Agility Robotics期刊Science Robotics2026年8月12日第11卷第117期DOI10.1126/scirobotics.aee2921作者背景Jonathan Hurst是Agility Robotics聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席機(jī)器人官俄勒岡州立大學(xué)機(jī)械工程教授Digit人形機(jī)器人的核心設(shè)計(jì)者。Digit是首款實(shí)現(xiàn)商業(yè)化部署的人形機(jī)器人已在亞馬遜等企業(yè)的物流場(chǎng)景中投入使用。