人形机器人与人形人工智能：综述、展望与发展方向

《ACM Computing Surveys》：Humanoid Robots and Humanoid AI: Review, Perspectives and Directions

人形AI研究系统梳理了从60年代初具人形外观的机器人到集成生成式AI、大语言模型等技术的现代发展，提出以人类特征、行为、智能为核心的三阶段范式（人形外观、类人功能、人类级智能），并构建包含感知、行为、功能、非功能等维度的分类体系。研究指出当前人形AI面临人类本质难题（如意识、情感）、技术瓶颈（多模态融合、数字孪生）、伦理挑战（安全、隐私、责任）三重困境，未来需通过人机协同、虚实融合、AGI集成等路径突破，推动人形AI向具备人类级智能与情感共鸣的第四代发展。

　　在过去的近一个世纪中，机器人技术经历了飞速发展，而人形机器人作为这一领域的重要分支，早在六十年前便已出现。这些机器人以类人形态为特点，不仅外观类似人类，还具备某些人类的结构特征。然而，尽管当前的人形机器人在外观上越来越接近人类，它们仍然未能真正体现出人类的情感与智能，距离实现与人类相似甚至达到人类水平的智能还有很大差距。随着近年来生成式人工智能（GenAI）和大型语言模型（LLMs）的快速发展，人们对人形机器人的研究兴趣进一步提升，推动了其向实时、互动和多模态方向的演进。这一趋势为人类社会的多个领域带来了巨大的潜力，包括人形工、顾问、教育者、医护人员、护理人员和接待员等。这些应用场景揭示了人形机器人作为研究领域，从“类人外观”迈向“类人智能”以及“类人机器人”（AI人形机器人）的无限可能。

人形人工智能（Humanoid AI）和AI人形机器人（AI Humanoids）的出现，不仅标志着机器人技术的新阶段，也标志着人工智能与机器人技术的深度融合。人形AI的兴起为机器人研究开辟了新的方向，即从传统的机械、电子或生物结构设计，转向更关注人工智能赋能的类人智能系统。这种转变不仅仅是技术上的突破，更是一种跨学科的整合，涉及机器人学、人工智能、人类学和社会科学等领域的结合。它推动了人类学和智能科学的融合，使AI人形机器人具备更复杂的行为模式、情感表达和智能决策能力。

在这一背景下，人形AI的研究和开发经历了多个阶段的演进。最初，人形机器人主要关注外观的模拟，如拥有与人类相似的身体结构和比例。随着技术的发展，这些机器人逐渐具备了人类的感知能力，如视觉、听觉和触觉，甚至开始具备情感和行为模拟的能力。近年来，随着深度学习、生成式AI、人工通用智能（AGI）和人形水平AI的迅速发展，AI人形机器人开始展现出更接近人类行为和情感的能力，如Ameca等机器人能够表达七种基本情绪。然而，即便如此，目前的AI人形机器人仍无法完全模拟人类的智能水平，这主要是由于“人形人类性困境”（humanoid humanity dilemma）的存在。这一困境不仅涉及“恐怖谷效应”（uncanny valley effect），还更深层次地与如何将人类的意识、情感和道德融入机器人的设计有关。

为解决这一问题，人形AI的研究正在探索更深层次的整合路径。这包括将人类的感知、行为和功能转化为机器人能够理解并模拟的系统。例如，人形机器人的感知系统需要能够识别和处理外部环境中的各种信息，如视觉、听觉、触觉和语言信号。同时，它们的行为系统需要能够模拟人类的自然动作和交互方式，如眼神交流、面部表情和肢体语言。此外，人形机器人的智能系统还需要具备推理、决策和学习能力，以应对复杂和动态的环境变化。

在实际应用方面，AI人形机器人已经渗透到多个领域，如医疗、教育、工业、娱乐和军事等。在医疗领域，人形机器人可以用于老年人护理、康复辅助和医疗咨询；在教育领域，它们可以作为教学助手或学习伙伴；在工业领域，它们可以执行复杂的任务，如组装、搬运和检测。这些应用不仅提高了效率，还为人类社会带来了新的可能性，如通过人形机器人实现更高效的人机协作和更人性化的交互体验。

AI人形机器人的设计和开发涉及多个方面，包括功能性与非功能性需求的结合。功能性需求主要关注机器人的具体任务执行能力，如感知、行为和智能推理。而非功能性需求则涉及机器人的安全性、伦理性和社会适应性。例如，人形机器人需要具备高度的安全性，以避免对人类造成伤害；同时，它们还需要符合社会伦理标准，以确保在交互过程中表现出信任和责任感。此外，AI人形机器人还需要具备良好的用户友好性，以适应不同用户的需求和偏好。

随着技术的不断进步，AI人形机器人正在向更高层次的智能发展。这一发展不仅需要更先进的感知和行为系统，还需要更深入的智能模型和算法支持。例如，通过引入生成式AI和大型语言模型，人形机器人能够更好地理解和回应人类的情感和意图，从而实现更自然和人性化的交互。同时，人形机器人还需要具备自我学习和适应能力，以应对不断变化的环境和任务需求。

在人形AI的发展过程中，还面临着诸多挑战和问题。例如，如何在保持机器人功能性和智能性的同时，避免“恐怖谷效应”和伦理困境；如何确保人形机器人在复杂环境中的安全性和可靠性；以及如何实现人形机器人与人类社会的深度融合。这些问题需要跨学科的研究和技术突破，以确保人形AI的发展符合人类的需求和价值观。

此外，人形AI的未来发展方向还包括与虚拟现实、数字孪生和元宇宙等新兴技术的结合。这些技术可以为AI人形机器人提供更丰富的交互环境和更真实的体验。例如，通过虚拟现实技术，人形机器人可以在数字空间中进行模拟和训练，从而提高其在现实世界中的表现。同时，数字孪生技术可以用于创建AI人形机器人的虚拟副本，以便进行远程监控和控制。

总的来说，人形AI和AI人形机器人的发展正在不断推动机器人技术向更高层次的智能化迈进。它们不仅能够执行复杂的任务，还能与人类进行更自然和人性化的交互。未来，随着技术的进一步成熟和应用的不断拓展，AI人形机器人有望成为人类社会的重要组成部分，为各个领域带来革命性的变化。然而，这一过程需要克服诸多挑战，包括技术、伦理和社会层面的问题，以确保人形AI的发展符合人类的期望和需求。