編者按：奔跑、跳躍、攀爬、后空翻、踢足球、轉(zhuǎn)手絹...人行機(jī)器人的“進(jìn)化”可謂是日新月異。站立可以說(shuō)是人行機(jī)器人最基本的技能。然而，近期一項(xiàng)由上海交通大學(xué)攜手上海人工智能實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布的全球首項(xiàng)技術(shù)突破——在可泛化及任意地形上成功站立的控制算法成果，標(biāo)志著人行機(jī)器人真正意義上學(xué)會(huì)了站立。
01 從基礎(chǔ)構(gòu)建到智能融合 人行機(jī)器人向智能化不斷進(jìn)階
人類(lèi)在行走時(shí)，能夠輕松應(yīng)對(duì)各種地形，無(wú)論是平坦的馬路、崎嶇的山路，還是布滿(mǎn)碎石的小道，都能自由站立、自如行走。但對(duì)于人形機(jī)器人而言，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)卻困難重重。從技術(shù)角度來(lái)看，涉及復(fù)雜的力學(xué)平衡與控制、地形感知與建模，足部設(shè)計(jì)與地面交互等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
力學(xué)平衡是確保機(jī)器人的重心始終處于支撐面內(nèi)。例如，在傾斜的山坡上，機(jī)器人必須實(shí)時(shí)調(diào)整腿部關(guān)節(jié)的角度和力度，以對(duì)抗重力的分力，維持身體平衡。這就如同操控一個(gè)精密的機(jī)械舞蹈家，每一個(gè)動(dòng)作都需要精確的計(jì)算與控制。為了在各種地形中站穩(wěn)腳跟，機(jī)器人需要配備多種高精度傳感器，如激光雷達(dá)、攝像頭、深度傳感器等。這些傳感器就像機(jī)器人的“眼睛”和“耳朵”，能夠快速獲取周?chē)h(huán)境的細(xì)節(jié)信息。
但是，僅僅感知還不夠，機(jī)器人還需要根據(jù)這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)構(gòu)建環(huán)境模型，理解地形的特征和結(jié)構(gòu)。這就好比人類(lèi)在進(jìn)入一個(gè)陌生環(huán)境，能夠快速觀(guān)察和理解所有的地形、布局，進(jìn)而自由行動(dòng)。
從最初的機(jī)械式步履蹣跚，到能夠在摔倒后自主站起，再到如今能夠自如穿梭于復(fù)雜環(huán)境中的流暢步伐，人形機(jī)器人越來(lái)越有我們想象中的模樣。近幾十年來(lái)，機(jī)器人的站立行走技術(shù)歷經(jīng)了從基礎(chǔ)構(gòu)建到感知發(fā)展，再到智能融合的顯著演變歷程。
02 AI賦能 實(shí)現(xiàn)從特定環(huán)境到任意地形的“站立”跨越
即使當(dāng)前人行機(jī)器人能夠做到在復(fù)雜地形中完成多種高難度動(dòng)作，然而，只是“站立”這個(gè)簡(jiǎn)單動(dòng)作背后卻蘊(yùn)含著無(wú)數(shù)復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)與突破。
當(dāng)前的人形機(jī)器人站立控制系統(tǒng)往往受限于特定條件或理想化環(huán)境下的操作能力，而現(xiàn)實(shí)世界中的各種復(fù)雜情況卻難以應(yīng)對(duì)。
上海交通大學(xué)、上海人工智能實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的全球第一個(gè)在可泛化地形、任意地形能夠站起來(lái)的控制算法-HoST（Humanoid Standing-up Control，人形站立控制）[1]解決了這一難點(diǎn)。該算法利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，能都讓人形機(jī)器人能夠適應(yīng)多樣化站立姿勢(shì)。研究人員已將其應(yīng)用于宇樹(shù)Unitree G1人形機(jī)器人上，并進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不僅可以讓人行機(jī)器人在全身躺在地上后快速站起來(lái)，在沙發(fā)、地板、斜坡、軟墊等多種不同的室內(nèi)環(huán)境中，從坐著、靠著再切換到躺著等各種姿勢(shì)，機(jī)器人站起來(lái)動(dòng)作依舊非常干脆利落；值得一提的是，在戶(hù)外環(huán)境中，不管是躺在臺(tái)階上、靠著樹(shù)坐著，還是全身平躺在鋪滿(mǎn)石子的路上、草坪上，機(jī)器人都能一激靈就能扭動(dòng)膝蓋快速站起來(lái)。
人形機(jī)器人在可泛化地形、任意地形中能夠站起來(lái)，標(biāo)志著人形機(jī)器人在真實(shí)世界應(yīng)用方面邁出了重要一步，家庭、醫(yī)療、應(yīng)急救援、未知探索等復(fù)雜、多元場(chǎng)景將迎來(lái)更多“智能模式”。例如，在救援領(lǐng)域，機(jī)器人可以在地震后的廢墟、洪水淹沒(méi)的區(qū)域等復(fù)雜地形中快速站立行走，并利用搭載的生命探測(cè)儀精準(zhǔn)定位，成為救援方案制定的依據(jù)，同時(shí)，其靈活的機(jī)械臂還能協(xié)助清理一些小型障礙物，為被困者開(kāi)辟出生命通道。在外星探測(cè)、深海探索等方面，人形機(jī)器人能夠適應(yīng)不同的地形環(huán)境，完成人類(lèi)難以完成的任務(wù)。
億朋觀(guān)點(diǎn)：人工智能已成為推動(dòng)人行機(jī)器人發(fā)展的核心力量，而數(shù)據(jù)和算法，是人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)不斷“進(jìn)化”的關(guān)鍵。DeepSeek R2即將推出，我們認(rèn)為，將有望為人形機(jī)器人領(lǐng)域帶來(lái)深刻變革。其先進(jìn)的算法和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，將大幅提升人形機(jī)器人的感知精度，決策能力及學(xué)習(xí)能力也將得到優(yōu)化，預(yù)計(jì)會(huì)推動(dòng)人形機(jī)器人在更多場(chǎng)景中的應(yīng)用。
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[1] Tao Huang Junli Ren Huayi Wang Zirui WangQingwei BenMuning WenXiao Chen Jianan LiJiangmiao Pang；Learning Humanoid Standing-up Control across Diverse Postures；12 Feb 2025.
論文網(wǎng)址：https://arxiv.org/html/2502.08378v1
