王繼宏
中國機電一體化技術應用協會常務副會長，教授級高工
人形機器人是具身智能的重要載體，融合機電、軟件算法、控制系統、新材料等高端技術于一體，代表了世界機電一體化技術的最高水平，是引領新一輪技術革命和產業變革的關鍵，具有顛覆性影響和戰略意義。 自2024年以來，中國人形機器人產業呈現出爆發式增長，產業規模不斷增長，從事人形機器人本體開發的企業超過150，占據全球人形機器人本體企業數量的半壁江山。這場由資本、技術、政策協同驅動的產業變革，正推動中國從 “機器人應用大國”向“機器人創新強國”邁進。
在看到我國人形機器人快速、爆發式增長的背后，也應該充分認識到人形機器人開發的技術難度、復雜性等挑戰。在人形機器人開發產業鏈上游環節的芯片、大模型、算法和零部件構成了技術突破的核心維度，其重要性和挑戰可從以下四個層面進行認識：
一、核心在芯片：硬件架構決定智能上限
芯片作為機器人的“大腦”與“小腦”，直接決定其計算能力、實時響應速度和能效比。例如，特斯拉Optimus采用自研Dojo芯片（7nm工藝，集成CPU/GPU/NPU），實現每秒數萬億次運算，支撐視覺處理與運動控制的實時協同。國內企業如黑芝麻智能推出華山®A2000芯片作為“大腦”平臺，通過異構計算架構支持多模態感知融合；武當®C1236芯片作為“小腦”，通過分時操作系統實現AI決策與運動控制的并行處理，系統時延降低40%。兆易創新的GD32 MCU系列則針對運動控制優化，其EtherCAT接口支持μs級通信，硬件電流環技術將電機控制精度提升至100ps，成為國內人形機器人關節控制器的主流選擇。
芯片的核心地位還體現在：
1. 算力需求指數級增長：雙足機器人每關節需獨立PID控制，配合視覺SLAM和力覺反饋，單臺設備算力需求達100TOPS以上，遠超工業機械臂的1TOPS水平。
2. 能效比嚴苛約束：電池容量限制下，芯片需在20W功耗內完成復雜任務。例如，宇樹科技H1機器人采用高通驍龍平臺，通過邊緣計算架構將續航延長至4小時。
3. 國產化替代加速：盡管特斯拉、波士頓動力依賴定制芯片，但國內地平線征程6、瑞芯微RK3588等產品已實現70%以上性能對標，成本降低30%。
二、難度在大模型：從認知到具身智能的跨越
大模型賦予機器人環境理解與任務規劃能力，但其落地需突破三大瓶頸：
1. 多模態實時推理：阿加犀與高通合作的端側大模型方案，在人形機器人“通天曉”上實現語音交互、視覺識別與運動控制的毫秒級聯動。但將GPT-4級模型壓縮至邊緣設備，需通過模型剪枝（參數量減少80%）和知識蒸餾（推理速度提升5倍）技術，這對算法團隊提出極高要求。
2. 具身智能適配：傳統大模型擅長文本生成，而機器人需解決“如何用手抓取雞蛋不破碎”等具身任務。阿里云在哈啰出行案例中采用RAG技術，將知識庫與大模型結合，使機器人能根據實時環境調整策略，但工業場景下仍需解決泛化能力不足問題。
3. 倫理與安全邊界：人形機器人需在動態環境中自主決策，如核電站巡檢時避開輻射區域。這要求大模型具備因果推理能力，而當前主流模型仍依賴相關性分析，存在決策風險。
國內企業正通過“大模型+小模型”的架構破局：主模型處理通用認知，輕量級模型（如MobileNet）專注實時控制。例如，優必選Walker S通過這種方式將響應延遲控制在200ms內，工廠作業效率提升30%。
三、挑戰在算法：動態平衡與精準控制的極限突破
算法是連接芯片與硬件的神經中樞，其難點集中在：
1. 雙足運動控制：宇樹科技H1機器人采用零力矩點（ZMP）算法優化步態，但在樓梯攀爬時仍需依賴慣性導航系統（INS）進行動態補償，導致能耗增加25%。
2. 靈巧手操作：武漢華威科的電子皮膚集成超千個壓力傳感器，配合神經網絡算法實現豆腐抓取，但力控精度（±0.1N）仍低于人類水平（±0.02N）。
3. 多機協作調度：深圳眾擎科技的四足機器人通過分布式算法實現群體協同救災，但通信時延超過50ms時會出現動作失序，需5G專網支持。
國內企業的創新路徑包括以下三個方面：
1. 數據驅動優化：銀河通用Galbot G1機器人采集超10萬小時運動數據，通過強化學習將摔倒概率從30%降至5%。
2. 仿生算法融合：逐際動力借鑒昆蟲運動模式，開發出能耗降低40%的蠕動式行走算法，已應用于災害救援機器人。
3. 開源生態構建：北京人形機器人創新中心發布OpenWalker開源框架，吸引超200家企業貢獻算法模塊，推動行業標準建立。
四、關鍵在零部件：從材料到工藝的全面攻堅
核心零部件占整機成本的60%-70%，其國產化進程直接決定產業競爭力：
1. 精密傳動：綠的諧波的諧波減速器精度達1arcmin，壽命突破1萬小時，已進入特斯拉供應鏈，但行星滾柱絲杠仍依賴英國Rolls-Royce，國內某品牌傳動的產品壽命僅為進口件的60%。
2. 傳感器：柯力傳感的六維力傳感器精度達0.1%FS，價格較基恩士同類產品低40%，但在-40℃環境下漂移率超過5%，限制了極地應用。
3. 伺服電機：禾川科技的無框力矩電機功率密度達5kW/kg，接近日本安川水平，但在過載150%時溫升比進口件高15℃，影響連續作業。
零部件產業鏈協同效應正在顯現：武漢構建“芯片-關節-傳感器”完整鏈條，本土配套率達80%；深圳實現“上午設計、下午打樣”的24小時研發閉環，將靈巧手開發周期從6個月縮短至45天。政策層面，工信部專項基金對國產化率超過50%的零部件企業給予15%研發補貼，預計2027年核心部件自給率將突破70%。
以上四個維度的突破呈現非線性依賴關系：芯片算力提升可緩解算法壓力（如Dojo芯片使Optimus運動控制算法復雜度降低30%），大模型泛化能力增強能降低對高精度傳感器的依賴（如阿加犀方案減少20%力覺傳感器使用），而零部件性能突破又能釋放芯片潛力（如華威科電子皮膚使主控芯片利用率提升40%）。當前行業正處于“單點突破-系統集成-生態重構”的關鍵轉折期，企業需在技術路線選擇（如仿人雙足vs輪式類人）、供應鏈管理（國產替代vs國際協作）和場景落地（工業優先vs消費先行）上做出戰略取舍。未來3-5年，具備“芯片-算法-硬件”全棧能力的企業將會主導市場，而單純依賴某一環節的企業則可能面臨被整合風險。
（注：文中涉及企業產品的技術參數均為根據公開資料整理、對比和分析，無不良引導）
責任編輯:
關注我們
