導語當所有人都在討論大模型如何賦予機器人“大腦”時一位深耕機器人硬件二十余年的學者發(fā)出了不一樣的聲音。Agility Robotics聯(lián)合創(chuàng)始人、俄勒岡州立大學教授Jonathan Hurst在《Science Robotics》上發(fā)表觀點文章直指一個被行業(yè)狂熱掩蓋的根本事實AI只是被硬件物理約束的軟件人形機器人的未來是由機械硬件決定的。 這篇文章以飛機從撲翼機到固定翼的進化史為鏡對人形機器人的最佳硬件路徑做出了系統(tǒng)性預(yù)測。一、被忽視的真相AI無法彌補硬件的物理鴻溝“人工智能不過是被硬件物理限制的軟件。”這句話是全文的核心論點。Hurst認為當前行業(yè)有一種危險的過度論調(diào)——硬件會商品化未來將是軟件定義一切的通用機器時代。但事實恰恰相反。看今天的工業(yè)自動化就能理解這條鴻溝。在需要高精度定位軌跡的場景中——金屬加工、點焊、高速拾取——工業(yè)機器人遠超人類因為它們被設(shè)計成極高剛度的精密機構(gòu)。但在穿越地形、移動操作、軟性力控交互等場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也無法讓一個高剛度、高摩擦、響應(yīng)遲鈍的機械系統(tǒng)做出人類那樣流暢、柔順、充滿生命感的動作。“制造一個看起來像人的機器人很容易但制造一個像人類一樣移動的機器人就難得多。”Hurst寫道。兩個機器人可以有完全相同的外觀和運動軌跡但關(guān)節(jié)摩擦、慣性、順從性等硬件動力學的差異會讓它們的真實運動表現(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)計是否遵循了正確的物理原則。二、從撲翼機到固定翼人形機器人的進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直覺性地模仿鳥類——制造帶有拍打翅膀的飛行器。這些撲翼機看起來很“像鳥”但它們都失敗了。直到我們真正理解了空氣動力學的物理原理飛機才找到了自己的形態(tài)固定翼、螺旋槳或噴氣推進與鳥類的飛行方式截然不同但效率遠超鳥類。Hurst認為今天的人形機器人正處于“撲翼機階段”。很多公司癡迷于精確復制人體尺寸、五指靈巧手等生物特征恰恰暴露了我們對“機器人應(yīng)該如何移動和操作”的物理原理還缺乏根本理解。未來的人形機器人將像飛機一樣——有熟悉的特征但與人體的相似之處到此為止。它們會直立行走、有軀干、有手臂、可能有臉部用于人機交互但關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、傳動方式、手部設(shè)計都將按照工程最優(yōu)原則重新設(shè)計而非模仿生物學。三、一份系統(tǒng)性的最佳硬件路徑預(yù)測Hurst在文章中給出了從執(zhí)行器到傳動系統(tǒng)從手部到腳部的完整技術(shù)路線預(yù)測。這是他作為Agility Robotics聯(lián)合創(chuàng)始人和Digit人形機器人設(shè)計者的核心經(jīng)驗?zāi)殹?.1 主執(zhí)行器電磁驅(qū)動進化而非革命“主執(zhí)行器將采用電磁驅(qū)動是我們目前看到的無刷直流電機的改進和進化。”他明確指出像聚合物人工肌肉這樣的新型執(zhí)行器“仍然遙遙無期”而氣動或液壓執(zhí)行器在人形應(yīng)用中“存在根本性的能效和性能缺陷”。真正的突破將來自現(xiàn)有技術(shù)路線的持續(xù)優(yōu)化新型軸向磁通電機如汽車行業(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。一個容易被忽視的物理約束是即使電機扭矩密度大幅提升變速箱仍然是必需的尤其是對于大型機器人。原因在于比例定律——大型機器比小型機器“弱”。螞蟻能舉起數(shù)倍于自身重量的物體但大象不能跳躍。當機器人尺寸增大其質(zhì)量按立方增長而力量按平方增長必須通過傳動系統(tǒng)來彌補這一差距。3.2 大關(guān)節(jié)傳動滾動接觸式環(huán)形減速器對于膝蓋、肘部等大關(guān)節(jié)Hurst的首選是滾動接觸式環(huán)形減速器。這類傳動裝置的優(yōu)勢在于低摩擦、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單。當與新型高扭矩密度電機結(jié)合可以形成高帶寬扭矩控制和反向驅(qū)動性能極佳的關(guān)節(jié)模塊。“沒有什么能比得上它們。”他寫道。3.3 手部設(shè)計腱驅(qū)動 串聯(lián)彈性執(zhí)行器手是最復雜的末端執(zhí)行器。Hurst認為腱驅(qū)動是細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)動人類手指的肌肉一樣——因為手部需要高功率和高力量而手指空間極其有限。由于腱繩系統(tǒng)在從執(zhí)行器到指尖的傳遞過程中不可避免地產(chǎn)生速度和力的變化級聯(lián)彈性series elasticity是必需的用以實現(xiàn)卓越的力控制和沖擊容忍度。“最后腱不耐用。它們是可更換的磨損部件比如腳底。”——這個務(wù)實到近乎冷淡的結(jié)論來自真實產(chǎn)品反復迭代的經(jīng)驗。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。“功能性腳跟著地”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器人大多數(shù)時候膝蓋幾乎是直的不會消耗過多能量來支撐體重。腳部需要有結(jié)構(gòu)來很好地處理這些沖擊和過渡遠遠超越“扁平金屬板”的粗糙設(shè)計。四、從原則推演出的形態(tài)Hurst特別強調(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)定因為腳能更快地移動到新位置以支撐質(zhì)心應(yīng)對突發(fā)干擾。直立軀干簡化占地面積為計算和電池留出空間還能通過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提供出色的慣性驅(qū)動便于轉(zhuǎn)身或保持平衡。這些形態(tài)特征是一個物理系統(tǒng)在人類環(huán)境中高效工作的工程最優(yōu)解而非對生物學形態(tài)的盲目復制。五、安全人形機器人走入人類生活的最后一道門檻Hurst對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)過安全認證的冗余級別在安全地點施加安全力的執(zhí)行器”。這意味著人形機器人的安全不是純軟件問題。即使AI完美無缺一個無法在接觸瞬間精確控制施加力量、無法在摔倒時保護周圍人的機械系統(tǒng)就永遠無法進入人類家庭。安全力控的本質(zhì)是執(zhí)行器和傳動的物理能力而非算法判斷。具體而言機器人必須在與人實際接觸時避免夾點、跌倒或踩到他人腳及其他物理風險。這要求執(zhí)行器具備冗余級別的安全認證——一個關(guān)于機械設(shè)計、材料選擇和系統(tǒng)架構(gòu)的物理工程問題。六、從后室到家庭一條漸進的道路Hurst描繪了人形機器人進入人類社會的三個階段。第一階段當前商業(yè)和工業(yè)環(huán)境的“后室”——搬運托特袋、分揀包裹、簡單套件裝配。這些任務(wù)仍然是流程自動化范疇但比傳統(tǒng)機器人任務(wù)更具變異性且符合機器人的經(jīng)典“3D”——無聊、骯臟或危險。第二階段隨著通用能力提升、安全性確認、價格下降擴展到更多商業(yè)和工業(yè)環(huán)境包括熟悉的零售場景逐步從后室走向公共空間。第三階段當移動和操控在各種環(huán)境中達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在孩子和寵物身邊——它們才會進入家庭成為大多數(shù)人日常生活的一部分。這條路徑的關(guān)鍵約束在每個階段都是硬件的成熟度而非僅僅軟件的進步。七、結(jié)語物理智能的時代正在到來文章最后Hurst給出了一個令人心潮澎湃的展望。“由人工智能賦能的人形機器人帶來了機器人新紀元無論人們工作在哪里都能解鎖操作無需進行架構(gòu)改造。多用途機器人能解決許多單一用途機械難以自動化的任務(wù)。這兩個功能——在人類空間中運作且多功能——將重新定義勞動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器人和車輛一樣多樣各自擁有獨特的特色。人類很快將擁有前所未有的機器人助手。”而實現(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)首先是一個物理問題。論文信息標題Physical artificial intelligence rests on mechanical hardware作者Jonathan Hurst俄勒岡州立大學、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)始人兼首席機器人官俄勒岡州立大學機械工程教授Digit人形機器人的核心設(shè)計者。Digit是首款實現(xiàn)商業(yè)化部署的人形機器人已在亞馬遜等企業(yè)的物流場景中投入使用。