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日前，宇树科技公开了新品预热海报 （见下图），这款即将发布的人形机器人以 「芭蕾舞者」 形象示人——宽肩窄腰，体形纤长，正踮着脚尖似乎要翩翩起舞。
此番首次亮相的 「31 个关节自由度」，是宇树科技人形机器人此前从未达到过的。
机器人有时给人以 「笨重」 之感，而此次海报上，Agile（敏捷的） 和 Elegant（优雅的） 两个简洁的单词引人瞩目。
身高 180 厘米、兼具敏捷和优雅的人形机器人，会是怎样的？解放日报记者专访了机器人专家、上海大学国家级工程训练示范中心主任郭帅教授。
关节自由度是否越多越好
在谈论人形机器人的关节自由度时，不妨先来看看人体有多少关节自由度。
在人体解剖学和生物力学中，自由度指的是一个关节在空间中能够独立运动的方向数量。简单来说，就是关节能朝几个方向 「自由」 地活动。因为存在个体差异，计算人体总自由度数非常复杂，且不同学者的计算方式略有不同。
最常被提及的答案是：一个没有手指和脚趾细节的人体模型，其自由度总数在 200 到 300 之间。
一般而言，自由度高的机器人本体有更加灵活的动作表现。一个仿人机器人需要分配足够的自由度来模仿人类的动作，比如行走、抓取等。
那么，人形机器人自由度是不是越多越好？
「并非如此。」 郭帅说。首先要看自由度的设计与控制，这决定了机器人的灵活性和能力。如果无法精确模仿人的主要动作，再多自由度也是冗余。其次，要看成本与复杂度。更多自由度，也就意味着更多的驱动器 （比如电机）、更复杂的结构和更困难的控制算法。
因此，人形机器人自由度需要在功能性和复杂性之间取得平衡。这也是为何人形机器人当前主流自由度一般为 30 个左右 （不算灵巧手自由度）。比如，小鹏的 Iron：32 个；智元的灵犀 X2 探索版：31 个；逐际动力的 LimX Oli：31 个；星动纪元的星动 L7：31 个；特斯拉的擎天柱：30 个；优必选的 Walker S1：29 个……
此前，宇树科技在春晚扭秧歌的人形机器人有 19 个自由度，上个月发布的第三款人形机器人 R1 配备 26 个自由度。
对于即将发布的 「芭蕾舞者」31 个关节自由度分布情况，郭帅预测 「6×2+3+7×2+2」 分别对应腿、腰、臂、颈，主要增加了手臂和腰部的自由度数量，将大大提高上肢的运动能力。
值得一提的是，颈部 2 个自由度和腰部 3 个自由度的设计，使得机器人能够做出更加自然的头部和躯干运动。这在与人类互动、情感陪伴等场景尤为重要，机器人能更流畅地与人类进行眼神交流和体态互动。
「31 个关节自由度将给宇树科技带来更高的硬件平台，加上其原先的软件和算法能力，我们可以期待新一代机器人将扩展出新的功能。」 郭帅说。
「芭蕾舞者」 是否真的能像专业舞者一样跳芭蕾？郭帅认为可能性不大，因为 「脚的自由度没有那么高」。
未来会朝着更仿人的方向进化
「芭蕾舞者」 身高 180 厘米，与宇树科技之前发布的 H1 都是大高个，但从海报上的剪影来看，「芭蕾舞者」 在形态拟人化上有了不小的突破，线条更纤细、更流畅。
在郭帅看来，「31 个关节自由度+180 厘米的身高」 很好地实现了仿生学设计理念，再加上具有 「敏捷、优雅」 的身姿，这款人形机器人与相同身高的 H1「工业场景应用」 不同，可能会融入服务、医疗、陪伴等复杂多变的社会场景，使机器人逐步走向 「通用化」。
就像苹果手机每年推出新版本，硬件系统公司的研发同样需要小步快跑，而技术迭代往往朝着降本和提效两个方向。宇树科技会翻跟斗的 R1 一大亮点是降本，售价 3.99 万元起，而宇树科技也因多次击穿行业底价，在机器人行业被称为 「价格屠夫」；即将发布的 「芭蕾舞者」，显然主要是在提效上下工夫。
「这种密集迭代反映宇树科技的研发已进入一个非常好的良性循环，未来人形机器人的设计会朝着更仿人的方向进化。」 郭帅认为。
第一个方向是自由度结构会发生变化。比如肩关节要实现 3 个自由度，现有的技术只能装置 3 个关节，未来一定是 3 个自由度集纳在一个关节里，这时它的外形会更小巧，运动能力也会更接近人类。
第二个方向是给机器人减重。对于机器人而言，能效比是最重要的指标。能效比越高，意味着机器人用更少的能量就能完成更多工作。正如特斯拉 Model YL 和理想 i8 搭载的都是三元锂电池，为何前者里程可以跑得更远？主要是因为电控效率更高且车身轻了 522 千克。
一个臃肿的机器人难以做到 「敏捷优雅」。郭帅猜测，「芭蕾舞者」 具有更高能效比的本体结构，有些部件可能改用更轻的复合材料替代传统的生铁或铝，从而把自身重量降下来。此外，他估计这款机器人在减重、瘦身方面做了大量人性化设计。
展望未来，机器人产业链会有什么新机遇？
「当大家都统一用 30 个左右的关节自由度时，关节就会标准化，这对机器人产业来说是一个利好消息。」 郭帅说，因为现在每个关节用的电机不一样，成本自然也高。此外，随着人形机器人的提效，将逐步开始真正融入人类的生活，开发出更多的场景，这对产业而言意味着一大波新的机会。
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文章转载自东方财富
