不再是科幻小说：人形机器——人形机器人比其他机器更擅长做什么

不仅仅是人工智能：阻碍人形机器人胜利的一个大问题

长期以来，它们只是科幻小说中的场景，如今却走进了现实世界的工厂车间：一个自动化的新时代正在到来，其驱动力是人形机器人，它们不再是封闭区域中的专用机器，而是我们身边的多功能助手。这种范式转变得益于两大趋势的融合：人工智能的突破性进步使机器人能够通过观察进行学习；以及高度复杂的传感器和执行器技术，使它们能够像人类一样运动。

尽管宝马和梅赛德斯-奔驰等汽车巨头以及全球物流公司已启动初步试点项目，以实现单调且耗费体力的任务自动化，但通往大规模应用的道路仍然充满挑战。有限的电池续航时间、尚未解决的安全问题以及依然高昂的购置成本，正在减缓机器人技术的广泛部署。尽管如此，预测仍然遥遥领先，美国和中国之间争夺技术霸权的全球竞赛已全面展开。我们是否正处于一场将对我们的工作世界和社会产生持久影响的革命的开端？还是这仅仅是一些尚未解决的初期问题的炒作？本概述将揭示机器人技术的最新进展、面临的最大挑战以及新时代机器人技术背后的深远愿景。

适合：

• 有效载荷为 10 公斤或以上的人形机器人的市场分析和概述，包括购买和租赁选项

新机器人时代：人形机器为何能塑造自动化的未来

我们是否正处于机器人技术范式转变的边缘？几十年来，传统工业机器人一直是受限生产领域的专业主力，而新一代人形机器人正在逐渐取代人类劳动力。问题不再是这些机器是否会到来，而是它们将以多快的速度普及，以及它们将在未来扮演什么样的角色。

人形机器人有何特别之处？

人形机器人与传统工业机器人有何区别？答案在于其基本的设计理念。人形机器人拥有类似人类的身体结构，包括两只手臂、两条腿和一个可移动的上半身。这种配置开辟了全新的可能性，使机器能够在原本为人类设计的环境中运行。

其关键优势在于其普遍的适应性。传统机器人是专门为特定任务而设计的，通常需要对工作环境进行大量改造，而人形机器人理论上可以部署在任何人类可以工作的地方。它们使用相同的门、楼梯和工作台面，操作相同的工具和机器。

哪些技术进步将带来突破？

数十年的研究如何突然成为一项可投入市场的技术？答案在于多项技术发展的融合。一方面，机电执行器的进步和传感器技术的显著改进奠定了硬件基础。现代人形机器人配备了先进的摄像系统、激光雷达传感器、麦克风和力矩传感器。触觉传感器使它们能够感知是否与物体或人接触。

另一方面，人工智能已成为人形机器人最重要的推动力。该领域的突破甚至比专家预期的还要快。生成式人工智能模型正在彻底改变人机交互的可能性，并可能成为为机器人提供可用于导航环境的世界模型的关键。

大型行为模型如何彻底改变机器人控制？

当机器人不再需要编程，而是需要训练时会发生什么？波士顿动力公司正在利用其 Atlas 机器人展示一种全新的方法：大型行为模型 (LBM)。这使得机器人能够通过观察来学习复杂的任务，而无需为每个动作进行详细的编程。

这项技术的工作原理与语言模型类似：Atlas 既可以学习简单的拾取和放置任务，也可以学习更复杂的操作，例如系绳、转动吧台凳或铺开桌布。尤其值得注意的是，这些任务使用传统的机器人编程技术极其难以实现，因为它们涉及可变形的几何形状和复杂的操作序列。

目前人形机器人已经在哪里工作？

哪些公司已经在实践中使用人形机器人？商业应用的列表尚可，但绝对令人印象深刻。Agility Robotics 凭借其 Digit 机器人，在行业中占据了先锋地位。该公司于 2024 年中期与物流服务提供商 GXO 签署了一份多年期合同。Digit 机器人在一家纺织公司投入使用，负责将板条箱从运输架上取下并放置在传送带上。

宝马公司在其位于加州斯帕坦堡的工厂测试了来自加州Figure公司的人形机器人约一年。Figure 02机器人可以从运输架上取下金属板零件，并将其放置到夹具中。梅赛德斯-奔驰也在位于柏林的数字工厂园区和生产工厂测试来自德克萨斯州Apptronik公司的人形机器人。Apollo机器人的任务仍然相对简单：将组件或模块运送到生产线，或执行初始质量检查。

为什么汽车制造商尤其成为先驱者？

是什么让汽车行业成为人形机器人的理想试验场？该行业面临着诸多挑战，而人形机器人可以解决这些挑战。首先，熟练工人严重短缺，尤其是在体力要求高的领域。其次，现代生产方式需要更大的灵活性，而传统的固定安装机器人无法提供这种灵活性。

人形机器人在这方面具有决定性的优势：它们可以集成到现有的生产线中，无需进行大规模改造。这在需要实现现有设施自动化的棕地工厂中尤其有价值。它们与人类的外形相似，因此可以使用与人类工人相同的工具和工作站。

哪些挑战限制了它的使用？

为什么人形机器人尚未得到广泛应用？最大的障碍在于几个关键领域。电池性能是一个根本性的挑战。目前的人形机器人电池续航时间仅为2至4小时。为了实现实际应用，需要将续航时间提升至至少4至5小时，并在一小时内快速充电。

问题在于直立运动的能量强度。稳定直立站立和行走非常耗能，需要巨大的计算能力，而计算能力又会相应地消耗大量能量。双腿行走的效率低于滚动行走。一个重约80公斤、体型80升的人形机器人，考虑到肢体、电机、电子设备和结构部件，其电池空间非常有限。

机械结构有多复杂？

人形关节的设计为何如此具有挑战性？人类拥有140个真正的关节，加上椎间盘等所谓的“假关节”，关节数量则高达212个。而人形机器人则只能勉强维持大约48到68个关节。关节数量的减少会导致行动不便，这也解释了为什么即使是先进的机器人仍然会显得“臀部僵硬”。

对关节技术的要求极高。人形机器人需要高度紧凑的设计，将电机、齿轮、驱动器、编码器和传感器集成到一个模块中。同时，它们必须具备轻便、低能耗、低发热和高响应速度等特点。根据机器人在身体中的位置，其要求也大不相同：腿部关节必须承受高负荷并产生高扭矩，而手臂和腕关节则必须针对精度和紧凑性进行优化。

存在哪些安全风险？

为什么安全是人形机器人大规模部署的最大障碍？与在封闭空间内工作的传统工业机器人不同，人形机器人的设计初衷是直接与人类协作。这带来了全新的安全挑战。

一个关键问题是平衡控制。当机器人用两条腿行走时，可靠的控制系统必须确保平衡。如果控制系统出现故障，机器人可能会翻倒并伤及附近的人员。人形机器人通常体型庞大、重量沉重且动力强劲。如果没有适当的安全预防措施，它们可能会因碰撞、挤压或跌倒而意外伤及人员。

进一步复杂化的是，目前仍未制定动态稳定工业移动机器人的安全标准。尽管国际标准化组织 (ISO) 已成立专门委员会制定安全规则，但相关标准仍处于制定阶段。

人形机器人何时才能实现经济可行性？

人形机器人要花多少钱才能成为具有商业吸引力的替代品？价格下降的速度远超预期。目前，大多数人形机器人的价格在20万至25万美元之间。梅赛德斯-奔驰生产董事会成员约尔格·布尔泽尔表示：“成本至关重要……如果价格达到几千美元——这绝对有可能——事情就会变得非常有趣。”

乐观的预测显示成本将大幅下降。德国咨询公司Nexery预计，到2030年，人形机器人的平均售价将达到5.5万美元。摩根士丹利则预测，到2050年，人形机器人的平均售价将降至5万美元，几乎相当于高收入国家一年人工成本。

当考虑总运行时间时，成本分析就变得尤为有趣。如果一台机器人每天工作两班，每班8小时，那么一台售价16,000美元的机器人，三年内折旧调整后的实际成本实际上不到每小时2.75美元。

市场能变得多大？

人形机器人能够实现哪些经济规模？各种预测各不相同，但都表明其拥有巨大的增长潜力。摩根士丹利估计，到2050年，人形机器人市场规模可能达到5万亿美元，其中包括相关的供应链以及维修、保养和支持服务。到2050年，投入使用的人形机器人数量可能超过10亿台。

最雄心勃勃的预测来自特斯拉首席执行官埃隆·马斯克，他预测到 2040 年全球将有 100 亿人形机器人，超过联合国预测的 2040 年地球人口 92 亿。2024 年初，高盛预测 2035 年市场规模将达到 280 亿美元，比之前估计的高出 6 倍。

“托管人工智能”（AI）开启数字化转型新维度——平台与 B2B 解决方案 | Xpert Consulting - 图片：Xpert.Digital

在这里您将了解您的公司如何快速、安全且无高门槛地实施定制化的AI解决方案。

托管 AI 平台是您全方位、无忧的人工智能解决方案。您无需处理复杂的技术、昂贵的基础设施和冗长的开发流程，只需几天时间，即可从专业合作伙伴处获得根据您的需求量身定制的交钥匙解决方案。

主要优势一览：

⚡ 快速实施：从构思到实际应用，只需几天，无需数月。我们提供切实可行的解决方案，创造即时价值。

🔒 最高数据安全性：您的敏感数据将由您自行保管。我们保证数据处理安全合规，不会与第三方共享。

💸 无财务风险：您只需为结果付费。完全无需在硬件、软件或人员方面进行高额的前期投资。

🎯 专注于您的核心业务：专注于您最擅长的领域。我们负责您 AI 解决方案的整个技术实施、运营和维护。

📈 面向未来且可扩展：您的 AI 将与您共同成长。我们确保持续优化和可扩展性，并灵活地调整模型以适应新的需求。

更多相关信息请点击这里：

• 托管人工智能解决方案 - 工业人工智能服务：服务业、工业和机械工程领域竞争力的关键

哪些国家引领着这一发展？

人形机器人的创新中心在哪里？市场观察人士认为，美国和中国显然处于领先地位。国际机器人联合会列出了全球46家开发出带腿人形机器人的公司：北美有8家，中国有21家，日本和韩国有6家。

在中国，政府多年前就为该领域的发展设定了明确的目标，并大力支持该行业发展。在美国，巨额风险投资正涌入机器人初创企业。人们对机器人在军事和安全领域的应用也表现出浓厚的兴趣，美国国防部高级研究计划局（DARPA）和美国国防部为此提供了大量资金。

适合：

• 自动化的结束？不仅仅是机器：发现机器人如何独立思考，感觉和操作

德国在人形机器人领域扮演什么角色？

德国在人形机器人领域还能迎头赶上吗？唯一一家在该领域取得显著成就的德国企业是Neura Robotics，总部位于斯图加特附近的麦琴根。该公司成立于2019年，主要关注的并非人形机器人，而是“认知机器人”。在其项目涉及的五个机器人中，只有一个是人形机器人。

德国人工智能研究中心 (DFKI) 正在深入研究人形机器人的未来发展。其机器人学习系统人工智能 (SAIROL) 研究部门致力于开发基于学习的人形机器人控制算法。位于不来梅的 DFKI 机器人创新中心正在研究安全且自学的机器人控制创新方法。

主要应用领域有哪些？

人形机器人将首先应用于哪些领域？首批商业应用将集中在物流和制造业，这些领域的任务具有重复性和结构性。预计到2050年，超过90%的人形机器人将用于工业和商业用途，而家庭使用的比例将不到10%。

在制造业中，人形机器人可以执行各种各样的任务：机器控制、装载生产线、在工作站之间运输工件、装配工作、装卸机器、焊接、拧螺丝、抛光和研磨、涂胶和分配、检查和质量控制以及喷漆工作。

工作方式如何从确定性转变为自主性？

从确定性机器人到自主机器人的范式转变意味着什么？传统机器人的动作经过精心编程，精确到最小的细节，而人形机器人则被设计成能够感知和分析周围环境，并且至少在一定范围内自主地做出行动决策。

这种转变不仅限于人形机器人，还可以应用于固定式机器人或轮式机器人。人工智能最初独立于设计，可以应用于各种“具体化”。然而，人形机器人因其多功能性和对人类环境的适应性而具有独特的优势。

还有什么替代概念？

两条腿永远是最佳方案吗？许多开发者和用户都在问自己，两条腿的机器人真的是最佳解决方案吗？还是四条腿的机器人更合适？四足机器人已经投入生产：波士顿动力公司的机器狗“Spot”已经在奥迪和宝马工厂里穿梭了一段时间，扫描设备并创建数字工厂孪生。

Apptronik 的 Apollo 机器人采用模块化设计。根据具体应用，客户可以选择将躯干安装在带轮子的移动底座上，或安装在固定底座上。这种灵活性表明，并非所有应用都需要完全仿人形的机器人。

哪些行业将率先转型？

人形机器人带来的变革将在哪些领域最快显现？物流行业走在了最前沿。全球最大的合同物流供应商之一GXO Logistics认为，人形机器人是解决持续劳动力短缺和自适应自动化需求的潜在解决方案。机器人可以接管重复性、体力劳动，让人类工人能够专注于更安全、更具创造性的工作。

在汽车生产领域，宝马、梅赛德斯-奔驰等制造商正在展示如何将人形机器人融入现有的iFactory计划。这项数字化生产战略旨在提高制造的效率、可持续性和灵活性。

其长期社会影响是什么？

人形机器人将如何改变职场？到2025年，自动化可能会取代8500万个工作岗位，但同时也将创造9700万个新岗位，其中许多与机器人管理和维护相关。到2030年，制造业可能仍有210万个岗位空缺，其中机器人维护和编程是最抢手的技能之一。

人形机器人正在改变人类的工作，而非简单地取代它们。它们正在接管通常危险、重复且需要体力的工作，并将人类工人转移到更高价值的岗位，例如机器人编程、维护、流程优化和质量控制。

会出现哪些道德问题？

必须考虑哪些社会和伦理因素？一个关键问题在于，社会最终希望“允许”这项技术做什么，以及他们为它设定了什么样的框架。人形机器人的整合需要仔细考虑工作保障和劳动力接受度。

在私人家庭和老年人护理中的应用尤其敏感。出于安全考虑，人形机器人只有在研发的最后阶段才会进入这些领域。一位专家表示：“只要他们不能证明人形机器人永远不会砸到婴儿，它就无法在家中使用。”

生产能力发展如何？

人形机器人何时才能实现大批量生产？首批制造商已开始最终确定量产计划。Figure 已宣布计划建立一个机器人生产设施，用于生产人形机器人。量产初期，该设施的年产能将达到 12,000 台。

Apptronik 已与总部位于佛罗里达州的合同制造商 Jabil 达成合作，后者将在全球范围内生产 Apollo 机器人。特斯拉正在制定雄心勃勃的生产目标：内部计划在 2024 年实现约 10,000 台 Optimus 机器人的生产，并计划在 2025 年推出月产能达 10,000 台的量产版 2。

什么决定了成功或失败？

哪些因素将决定人形机器人的广泛应用？成功取决于解决几个关键挑战。从技术角度来看，必须在稳健性、弹性、能源供应、电机控制和人工智能方面取得进步。从经济角度来看，成本必须持续下降，产量必须增加，以实现规模经济。

监管安全标准和法律框架至关重要。必须建立社会对新技术的接受度。大部分开发工作都发生在科技公司内部，涉及的巨额投资远远超过公共投资。这导致缺乏透明度，也使得对实际进展进行现实评估变得困难。

人形机器人与传统工业机器人有何不同？

人形机器人的结构与传统自动化解决方案有何不同？传统工业机器人针对特定任务进行了优化，操作时关节数量显著减少，使其更易于控制、速度更快、更可靠。因此，它们将继续成为高速高精度生产任务自动化的支柱。

另一方面，人形机器人是多面手。它们的优势不在于执行单个任务的速度或精度，而在于其多功能性和适应性。理论上，它们可以执行人类能够完成的任何任务，尽管速度可能更慢或精度更低。这种灵活性使它们在需求频繁变化的动态环境中尤为重要。

还有哪些技术突破有待实现？

哪些创新能够带来最终的突破？与传统锂离子电池相比，固态电池具有更高的能量密度、更高的安全性和更长的使用寿命。这项技术可以解决能量密度问题，并使人形机器人能够更长时间地运行。

在执行器技术领域，新的关节概念正在开发中，例如阿基米德驱动装置，该装置设计紧凑，运行安静，扭矩高。材料科学的进步有望使部件更轻、更坚固。

这些乐观的预测有多现实？

万亿美元的预测是现实还是夸大其词？专家们对此意见不一。一方面，技术演示之外的技术挑战仍然巨大。另一方面，在巨额私人投资和科技巨头之间竞争的推动下，发展正呈指数级加速。

预计未来五到十年内，人形机器人还无法实现更广泛的工业应用。为了降低成本，需要提高产量。预计人形机器人的引入速度在2030年代中期之前将相对缓慢，并在2030年代后期至2040年代加速发展。

这对于未来的工作意味着什么？

人机交互将如何演变？未来并非在于用机器人取代人类工人，而在于智能合作。人形机器人将补充人类的技能，而非取代它们。它们将承担体力劳动、重复性或危险性的任务，而人类则可以专注于创造性、战略性和人际交往活动。

这一发展需要在再培训和继续教育方面投入巨资。采用人形机器人的公司报告称，员工培训成本平均增长了35%。新的职位类别正在涌现：机器人培训师和主管、维护专家、流程设计师以及富有创意的问题解决者。

人形机器人技术正处于转折点。虽然技术基础已经奠定，初步的商业部署也证明了其潜力，但重大挑战依然存在。成功取决于该行业能否在技术创新、商业可行性、监管确定性和社会认可之间取得平衡。未来五到十年将决定人形机器人能否真正占领人类空间，还是暂时仍只是一项小众技术。

☑️ 为中小企业提供战略、咨询、规划和实施方面的支持

AI策略的创建或重组

☑️ 开拓业务发展

Konrad Wolfenstein

我很乐意担任您的个人顾问。

您可以通过填写下面的联系表与我联系，或者直接致电+49 89 89 674 804 （慕尼黑） 。

我很期待我们的联合项目。

Xpert.Digital 是一个专注于数字化、机械工程、物流/内部物流和光伏的工业中心。

凭借我们的360°业务发展解决方案，我们为知名企业提供从新业务到售后的支持。

市场情报、营销、营销自动化、内容开发、公关、邮件活动、个性化社交媒体和潜在客户培育是我们数字工具的一部分。

您可以通过以下网址了解更多信息： www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus