來源：NVIDIA英偉達(dá)

人形機(jī)器人是仿照人類形態(tài)設(shè)計的通用雙足機(jī)器人，旨在與人類一起工作以提高生產(chǎn)力。它們能夠?qū)W習(xí)和執(zhí)行各種任務(wù)，例如抓取物體、移動貨柜、裝卸箱子等等。

1人形機(jī)器人是如何運(yùn)作的？

人形機(jī)器人的學(xué)習(xí)和適應(yīng)速度比以往任何時候都快，它們使用 AI 模型在廣泛的環(huán)境中感知、感應(yīng)、規(guī)劃和自主執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。這些機(jī)器人配備了先進(jìn)的執(zhí)行器、傳感器、機(jī)器人計算和軟件，幫助它們移動和交互，以模仿人類的靈活性，甚至自我導(dǎo)航。機(jī)器人在仿真環(huán)境中學(xué)習(xí)各種動作和反應(yīng)，以便它們能夠應(yīng)對現(xiàn)實世界場景的不可預(yù)測性。

經(jīng)過嚴(yán)格的 AI 訓(xùn)練后，優(yōu)化的模型和軟件工作流程被部署在機(jī)器人的機(jī)載計算系統(tǒng)上。有效的片上計算、AI、執(zhí)行器、傳感器、操控、靈活性和運(yùn)動策略的結(jié)合，使人形機(jī)器人具有高度的靈活性，可以承擔(dān)各種任務(wù)。

因為我們的世界是由人類為人類建造的，所以人形機(jī)器人能夠在以人為中心的環(huán)境中以最少的調(diào)整高效運(yùn)作。

2如何訓(xùn)練人形機(jī)器人？

機(jī)器人學(xué)習(xí)由自適應(yīng)算法及經(jīng)虛擬和現(xiàn)實環(huán)境全面訓(xùn)練驅(qū)動。這使人形機(jī)器人能夠獲得和完善復(fù)雜的技能，如雙足運(yùn)動、物體操控和社交互動。

開發(fā)人員使用優(yōu)化的軟件堆棧，其中包括數(shù)據(jù)提取和處理流程、訓(xùn)練框架和容器化微服務(wù)，以支持可擴(kuò)展和高效的訓(xùn)練。AI 基座模型、仿真環(huán)境、合成數(shù)據(jù)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)、模仿學(xué)習(xí)等專門的學(xué)習(xí)技術(shù)用于訓(xùn)練機(jī)器人執(zhí)行抓取物體或在不同場景中繞過障礙物等任務(wù)。

訓(xùn)練使用數(shù)字孿生精確模擬真實場景，為機(jī)器人模型學(xué)習(xí)和改進(jìn)提供了一個無風(fēng)險的環(huán)境，為機(jī)器人模型提供一個無風(fēng)險的學(xué)習(xí)和改進(jìn)環(huán)境。這消除了物理損壞的風(fēng)險，并通過同時訓(xùn)練許多不同的模型實現(xiàn)了更快的迭代。在仿真中，操作人員可以輕松地將變化和噪聲引入場景，為機(jī)器人模型提供一組更豐富的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)。

一旦機(jī)器人的技能在數(shù)字世界中得到充分完善，模型就可以部署到現(xiàn)實機(jī)器人上。在某些情況下，訓(xùn)練會隨著機(jī)器人在現(xiàn)實世界中的操作和練習(xí)而繼續(xù)。

當(dāng)重要的新興人形機(jī)器人訓(xùn)練技術(shù)包括：

機(jī)器學(xué)習(xí)：人形機(jī)器人配備了機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以分析數(shù)據(jù)以從過去的動作中學(xué)習(xí)，并處理來自傳感器的數(shù)據(jù)以實時做出明智的決策。

模仿學(xué)習(xí)：機(jī)器人可以通過復(fù)制人類的動作來獲得新技能。這些動作被傳感器或攝像頭捕捉到，然后轉(zhuǎn)換成模仿觀察到的行為的機(jī)器人命令。這種方法對于教機(jī)器人難以用傳統(tǒng)編程方法編碼的細(xì)微復(fù)雜任務(wù)特別有用。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)：在這種技術(shù)中，算法使用數(shù)學(xué)方程來獎勵機(jī)器人的正確動作并懲罰它們的錯誤動作。通過反復(fù)試驗和相關(guān)的獎勵系統(tǒng)，機(jī)器人會隨著時間的推移進(jìn)行調(diào)整并提高其性能。

3****人形機(jī)器人的功能安全

設(shè)計能夠安全運(yùn)行并與人類協(xié)作的人形機(jī)器人需要整合多種安全概念。

傳統(tǒng)功能安全可確保機(jī)器人硬件和軟件運(yùn)行可靠且不會造成傷害。

機(jī)器人安全可實現(xiàn)緊急和保護(hù)性停止以防止事故發(fā)生。

人機(jī)協(xié)作安全可識別人類的存在和行為并做出適當(dāng)反應(yīng)。

傳感器安全用于測試和驗證機(jī)器人傳感器的準(zhǔn)確性，以便人形機(jī)器人能夠準(zhǔn)確感知周圍環(huán)境。

AI 安全用于檢查人形機(jī)器人所依賴的算法是否避免誤解并且不會引入新的風(fēng)險。

現(xiàn)有安全標(biāo)準(zhǔn)（如 IEC 61508、ISO 13849 和 ANSI / RIA R15.606 支持傳統(tǒng)功能安全和機(jī)器人安全。還有幾種新興標(biāo)準(zhǔn)，如針對人工智能安全的 ISO / IEC TS 22440 和 IEEE 成立的新研究小組，旨在探索和制定人形機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)。

4人形機(jī)器人有哪些好處？

人形機(jī)器人的目標(biāo)是可以在為人類設(shè)計的環(huán)境中高效運(yùn)行。這將推動自動化的進(jìn)步，而無需為機(jī)器人重新設(shè)計空間。人形機(jī)器人具有巨大的潛力，可為倉儲和配送中心、實體零售、臨床環(huán)境帶來諸多好處。

人機(jī)交互：模仿人體形態(tài)，人形機(jī)器人可以配合人類完成各種工作。

多功能和適應(yīng)性：人性機(jī)器人可以使用那些最初為人類使用和設(shè)計的工具和基礎(chǔ)設(shè)施。

生產(chǎn)力：人形機(jī)器人與其他工人在相同的環(huán)境中操作，加速完成日常任務(wù)。

提升安全性：人形機(jī)器人可以執(zhí)行危險任務(wù)，并在危及人類安全的場所操作。可以減少工作場所事故，減少將人類暴露在危險環(huán)境中，包括工業(yè)環(huán)境和救災(zāi)。

5真實世界中的人形機(jī)器人用例

從制造業(yè)到醫(yī)療健康，從救災(zāi)到客服，人形機(jī)器人可增強(qiáng)人類員工的安全性，生產(chǎn)力和用戶體驗。雖然大多數(shù)人形機(jī)器人用例都處于早期研發(fā)階段，但人們對其在各個行業(yè)增強(qiáng)人類勞動力的潛力感到非常興奮。

制造業(yè)

制造廠商可以在工廠中使用人形機(jī)器人來支持自動化并與人類勞動力一起工作。由于具有與人類靈活性相似的自由度 (DOF)，人形機(jī)器人可以處理零部件以協(xié)助組裝產(chǎn)線的任務(wù)、執(zhí)行重復(fù)性或體力要求高的工作以及執(zhí)行檢查和維護(hù)任務(wù)。

倉儲和物流

人形機(jī)器人可以執(zhí)行揀選和包裝產(chǎn)品、接收貨物、管理庫存和處理需要精細(xì)操作的材料等任務(wù)。它們還可以與其他機(jī)器人（如機(jī)械臂和自主移動機(jī)器人）以及人類同事協(xié)作。

醫(yī)療健康
人形機(jī)器人有望補(bǔ)充人類醫(yī)護(hù)人員，可能徹底改變患者護(hù)理、醫(yī)療設(shè)施運(yùn)營和醫(yī)療程序。

家用助理

人形機(jī)器人可以執(zhí)行清潔，烹飪以及洗衣等日常任務(wù)通過自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)，它們甚至可以與人類交流并適應(yīng)日常生活和偏好。

客戶服務(wù)

人形機(jī)器人可在零售店、機(jī)場、酒店和其他公共場所中擔(dān)任客服角色。他們可以提供信息，引導(dǎo)客戶到達(dá)不同位置，并處理基本問詢，從而提升運(yùn)營效率和客戶體驗。

6開發(fā)人形機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)

有限的訓(xùn)練數(shù)據(jù)

訓(xùn)練有效的人形機(jī)器人 AI 模型需要大量的數(shù)據(jù)。人形機(jī)器人被訓(xùn)練來模仿精確的人類動作，再加上現(xiàn)實世界場景的不可預(yù)測性，使得收集和標(biāo)記所需數(shù)據(jù)以實現(xiàn)最佳性能變得極具挑戰(zhàn)性。通過模擬各種環(huán)境和運(yùn)動來創(chuàng)建人工數(shù)據(jù)集，合成生成的數(shù)據(jù)可以幫助解決這一挑戰(zhàn)。

設(shè)計

人形機(jī)器人必須重量輕、功能多樣、功能強(qiáng)大。它們的控制系統(tǒng)還必須提供雙足運(yùn)動所需的平衡和協(xié)調(diào)性，而先進(jìn)的傳感器和執(zhí)行器需要足夠精確和柔和，以模仿人手的靈活性。此外，機(jī)載計算系統(tǒng)必須足夠小以適應(yīng)人形外形，同時具有足夠的計算能力來低延遲運(yùn)行先進(jìn)的 AI 模型。

能源效率

機(jī)載電池的空間有限意味著人形機(jī)器人需要以最大化功能同時最小化能耗的方式運(yùn)行。自主機(jī)器人能夠執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，而不會迅速耗盡能源供應(yīng)，這一點至關(guān)重要。

自由度

增加使人形機(jī)器人能夠更加靈活地操作，并做出更類似于人類的動作，從而使它們能夠執(zhí)行更廣泛的任務(wù)并適應(yīng)各種環(huán)境。但是，這需要在復(fù)雜的機(jī)械和控制系統(tǒng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。

7如何開始使用人形機(jī)器人？

NVIDIA AI 和 Omniverse 平臺加速了人形機(jī)器人的發(fā)展。人形機(jī)器人的三個主要計算平臺包括：

在 NVIDIA DGX 超級計算機(jī)上運(yùn)行的 NVIDIA NeMo，用于為機(jī)器人用例訓(xùn)練 AI 模型。

基于 NVIDIA Omniverse 構(gòu)建的機(jī)器人學(xué)習(xí)和仿真框架，例如 NVIDIA Isaac Lab 和 NVIDIA Isaac Sim，使機(jī)器人能夠在仿真世界中學(xué)習(xí)和完善機(jī)器人技能。

Jetson Thor 上的 NVIDIA Isaac，使人形機(jī)器人能夠執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)并與人和機(jī)器安全自然地交互。Jetson Thor 基于 NVIDIA Blackwell 架構(gòu)，可為人形機(jī)器人運(yùn)行多模式 AI 模型，具有集成的功能安全處理器、高性能 CPU 集群和 100Gb 以太網(wǎng)帶寬。