觀海論道︱人形機器人的應用前景（一）：人類形態的進化起源

文/吳煒

在「人形機器人第一股」宇樹科技火熱招股並即將掛牌上市的期待時刻，科學界部分人士（包括AI教母李飛飛教授）對人形機器人的應用前景和技術節奏進行了廣泛的討論。這些討論具有投資的現實意義，以避免出現當年在諸多光學專業人士指出基礎理論「三角不可能」（無法同時滿足360度廣角、高清晰度和頭顯輕便性）下全球資本傾注VR和元宇宙但最終證偽集體沉沒（急先鋒Meta累計虧損800億美元後戰術轉向）的教訓。然而，一旦經研究後確認方向，無疑會增強技術和產業的發展信心。

一些文章將「人形機器人」等同於「具身智能」是一種概念的混淆，正確說法應該是人形機器人是具身智能的高級形式。所謂「具身智能」，是與「離身智能」相對而言的，「離身智能」即現在開始普及的「大語言模型」，可以「離開身體的物理條件」而存在。而「具身智能」必須有「身體」，這種身體可以是任何形式，包括機械臂、輪式、四足直至人形。具身智能的核心特點是通過物理身體與真實物理環境進行實時交互，譬如通過傳感器「看、摸、聽」環境，用執行器行動，並從反饋中學習，在「感知-決策-行動-再感知」的閉環中生成進化智能。只要具備物理身體和這些特點就是具身智能，而身體的形式卻是次要的。所以，具身智能是人工智能的一種表現範式，各種形態的智能機器人是具身智能的物理載體，而人形機器人是智能機器人中追求通用性的一種高級形態。

要研究人形機器人的應用前景，筆者想先帶大家回到「人形」的起源。根據進化論，作為哺乳動物，人是由古猿進化而來，因此人的體態也是由哺乳動物和古猿進化而來。作為專性雙足直立行走（即必須，並且只能主要依靠兩條後肢直立行走，幾乎不再具備高效的四足行走能力）靈長類動物，進化後的「人形」與其他哺乳動物（包括猿類）體態的主要差別如下：（1）整體形態：人類是完全直立，脊柱呈S形（頸椎前凸、胸椎後凸、腰椎前凸），而其他哺乳動物多數四足行走，猿類脊柱更接近C形或較直，習慣性屈曲。這樣的特點使人類的重心要穩定在兩腳之上；（2）骨盆：人類骨盆短而寬，呈碗狀，髂骨（骨盆兩側的大骨）向兩側張開，這些特點以支撐內臟、穩定直立，並適合分娩。而猿類的骨盆窄長，更適合四足和攀爬；（3）下肢：人類的腿相對較長，膝關節外翻（X形腿），股骨向內傾斜，有助於提高行走效率和穩定性。而猿類手臂相對更長，膝關節更直，也是適合攀爬的特點；（4）足部：人類有明顯的足弓，大腳趾與其他腳趾平行，不能如手（前肢）一樣對握，因此形成剛性槓桿，利於蹬地推進。猿類的足部更靈活，大腳趾可以對握，適合抓握樹枝；（5）上肢：人類雙手完全解放，手臂相對較短，手部精細操作能力強，而猿類手臂較長，適合懸盪和攀爬；（6）頭骨和脊柱相接處：人類的枕骨大孔（頭骨底部的一個大孔）位於顱底中央下方，這樣人的頭部就可以自然平衡在脊柱上方，而不用額外用頸肌牽拉，方便直立行走。猿類的位置會偏後，導致頭部像掛在脊柱前方，需要較強的頸肌來支撐和保持平衡，更適合四足行走和攀爬姿態；（7）其他進化特徵：如人類沒有明顯尾巴，體毛大幅減少，而多數哺乳動物有尾巴，體毛濃密，均與體溫調節和直立相關。

從上述對比可以發現，人形體態的進化均是為直立行走並保持平衡、速度和整體健康進行的，而其起源除了基因突變，亦是為了適應環境，提高古人類的生存幾率。人類在可以直立行走後，最大的優勢是解放了雙手，使其可以自由攜帶食物、工具和幼崽，進行精細操作，為後續工具使用、投擲和製造技術奠定基礎，而遠程投擲能力是人類區別於其他哺乳動物的重要防禦生存能力。同時提高了長距離行走或奔跑的能量效率，雙足行走的能耗顯著低於四足，而足弓能儲存和釋放彈性勢能，適合長途跋涉和耐力奔跑，從而大大拓寬了人類的生存空間和食物來源。直立狀態也提升了視野，可以更早地發現危險或獵物，同時減少體表直接日晒面積，增加有效散熱面積，頭部避開地面熱層，增強了體溫調節能力，為往不同氣候帶拓展活動空間創造條件。體溫調節能力的強化也帶來了體毛減少的進化。

而直立行走的深層革命性影響卻是古猿人在開始進化時未曾預料的，即促進了人類大腦和智能的發展。人類的雙手解放後，可以更穩定和精細地操作物體，從而開始製造和使用工具（石器），並帶來認知需求的上升。因雙足行走而節省的能耗部分轉移到支持大腦運作，結合生存空間擴大和使用工具帶來的飲食改善，進一步支撐了腦容量增長。而顱底和脊柱的重新排列，也為腦量擴張提供了結構基礎。雖然骨盆形態改變導致產道限制，但同時也推動了較一般哺乳動物更早產和更長的幼年依賴期，為出生後社會性環境促使大腦更完全發育和更高智能提供了時間窗口。直立行走後可以攜帶食物、幼崽和工具，促進了分享、協作和更複雜的社會結構，與社會認知能力的提高形成了持續的相互正向反饋。

總結而言，人體形態的進化源於人類對環境的適應和生存需求，整體結構（包括整體形態、頭部、骨盆、上下肢、足部）為直立行走創造條件，而直立行走的演變效果帶來了人類大腦和智能的發展。那麼，現代人形機器人的內部結構設計與真人是一樣的嗎？人形機器人的直立形態與機器人腦芯片的功能先進度存在必然關係嗎？答案都是否定的，受限於材料、驅動方式、控制、成本和可靠性，現代機器人在支持人類直立行走的幾個關鍵部位的設計和用材均與人體內在結構存在明顯差異，更多是追求外形比例、關節數量和基本運動能力接近人類。而直立雙足狀態和機器人大腦（芯片+AI模型）更是普遍認為兩個相對獨立的維度。

如果說人形機器人的設計目的與人類形態進化的目的結果並不相同，而輔助人類工作的機器人非必要人形（如工廠流水線、倉儲物流、清潔、安防巡邏、農業、大多數工業檢測均有各種形態的專用機器人），甚至解決辦法優於人形（如洗衣機、洗碗機，即用簡單方法處理需要複雜手部動作完成的家務），那麼耗費巨額資源研究發展人形機器人的目的是否有另外的視角找到答案呢？業內有種觀點認為當今世界是為人形設計的運作系統（如門、樓梯、各種工具、傢具等），而改造世界適應機器的成本極高，不如發展人形機器人適配這個已經為人類形體建造好的世界，這就是我們之前提到的相對「專用機器人」的「通用性」。下一期筆者將就這一觀點詳細分析，敬請期待。