Science Robotics丨别再只谈AI了：人形机器人的未来，归根结底由机械硬件决定

导语：当所有人都在讨论大模型如何赋予机器人“大脑”时，一位深耕机器人硬件二十余年的学者发出了不一样的声音。Agility Robotics联合创始人、俄勒冈州立大学教授Jonathan Hurst在《Science Robotics》上发表观点文章，直指一个被行业狂热掩盖的根本事实：AI只是被硬件物理约束的软件，人形机器人的未来是由机械硬件决定的。 这篇文章以飞机从扑翼机到固定翼的进化史为镜，对人形机器人的最佳硬件路径做出了系统性预测。

一、被忽视的真相：AI无法弥补硬件的物理鸿沟

“人工智能不过是被硬件物理限制的软件。”

这句话是全文的核心论点。Hurst认为，当前行业有一种危险的过度论调——硬件会商品化，未来将是软件定义一切的通用机器时代。但事实恰恰相反。

看今天的工业自动化就能理解这条鸿沟。在需要高精度定位轨迹的场景中——金属加工、点焊、高速拾取——工业机器人远超人类，因为它们被设计成极高刚度的精密机构。但在穿越地形、移动操作、软性力控交互等场景中，人类依然遥遥领先。这两类能力的差距，不是算法的差距，而是物理硬件的差距。再聪明的AI，也无法让一个高刚度、高摩擦、响应迟钝的机械系统，做出人类那样流畅、柔顺、充满生命感的动作。

“制造一个看起来像人的机器人很容易，但制造一个像人类一样移动的机器人就难得多。”Hurst写道。两个机器人可以有完全相同的外观和运动轨迹，但关节摩擦、惯性、顺从性等硬件动力学的差异，会让它们的真实运动表现截然不同。这些硬件特性可以成为控制的障碍，也可以成为不可或缺的伙伴——一切取决于设计是否遵循了正确的物理原则。

二、从扑翼机到固定翼：人形机器人的进化隐喻

这是一段精彩的历史类比。

早期人类试图飞上天空时，直觉性地模仿鸟类——制造带有拍打翅膀的飞行器。这些扑翼机看起来很“像鸟”，但它们都失败了。直到我们真正理解了空气动力学的物理原理，飞机才找到了自己的形态：固定翼、螺旋桨或喷气推进，与鸟类的飞行方式截然不同，但效率远超鸟类。

Hurst认为，今天的人形机器人正处于“扑翼机阶段”。很多公司痴迷于精确复制人体尺寸、五指灵巧手等生物特征，恰恰暴露了我们对“机器人应该如何移动和操作”的物理原理还缺乏根本理解。

未来的人形机器人，将像飞机一样——有熟悉的特征，但与人体的相似之处到此为止。它们会直立行走、有躯干、有手臂、可能有脸部用于人机交互，但关节结构、传动方式、手部设计都将按照工程最优原则重新设计，而非模仿生物学。

三、一份系统性的最佳硬件路径预测

Hurst在文章中给出了从执行器到传动系统，从手部到脚部的完整技术路线预测。这是他作为Agility Robotics联合创始人和Digit人形机器人设计者的核心经验凝练。

3.1 主执行器：电磁驱动，进化而非革命

“主执行器将采用电磁驱动，是我们目前看到的无刷直流电机的改进和进化。”

他明确指出，像聚合物人工肌肉这样的新型执行器“仍然遥遥无期”，而气动或液压执行器在人形应用中“存在根本性的能效和性能缺陷”。真正的突破将来自现有技术路线的持续优化：新型轴向磁通电机（如汽车行业已使用的YASA结构）、横向磁通变体、新型三维电磁建模方法、高通磁性材料等。

一个容易被忽视的物理约束是：即使电机扭矩密度大幅提升，变速箱仍然是必需的，尤其是对于大型机器人。原因在于比例定律——大型机器比小型机器“弱”。蚂蚁能举起数倍于自身重量的物体，但大象不能跳跃。当机器人尺寸增大，其质量按立方增长，而力量按平方增长，必须通过传动系统来弥补这一差距。

3.2 大关节传动：滚动接触式环形减速器

对于膝盖、肘部等大关节，Hurst的首选是滚动接触式环形减速器。这类传动装置的优势在于：低摩擦、高耐用性、耐冲击、紧凑外形、扭矩密度与质量匹配，且制造工艺简单。当与新型高扭矩密度电机结合，可以形成高带宽扭矩控制和反向驱动性能极佳的关节模块。

“没有什么能比得上它们。”他写道。

3.3 手部设计：腱驱动 + 串联弹性执行器

手是最复杂的末端执行器。Hurst认为，腱驱动是细指末端施加巨大力的最结构高效方式——腱绳只承受拉力，配合连杆承受压缩载荷，就像人类手部的肌腱和骨骼结构。

执行器应放在前臂——就像驱动人类手指的肌肉一样——因为手部需要高功率和高力量，而手指空间极其有限。由于腱绳系统在从执行器到指尖的传递过程中不可避免地产生速度和力的变化，级联弹性（series elasticity）是必需的，用以实现卓越的力控制和冲击容忍度。

“最后，腱不耐用。它们是可更换的磨损部件，比如脚底。”——这个务实到近乎冷淡的结论，来自真实产品反复迭代的经验。

3.4 脚部：功能性脚跟-脚尖步态

走路的物理本质，比大多数人想象的更精妙。

“功能性脚跟着地”是必需的——脚跟着地可以吸收脚部接触的冲击，隔离大腿部马达免受初始冲击，让膝盖开始弯曲并吸收剩余冲击。而脚尖离地则将腿部伸展超出直膝状态，每一步都为步态增加能量，是高效快速行走的关键。

这背后的原因在于：人形机器人大多数时候膝盖几乎是直的，不会消耗过多能量来支撑体重。脚部需要有结构来很好地处理这些冲击和过渡，远远超越“扁平金属板”的粗糙设计。

四、从原则推演出的形态

Hurst特别强调，基本的人形形态并非源于审美偏好，而是源自第一性原理。

动态稳定性：在走廊等狭小空间中高处工作，腿部比轮子更稳定，因为脚能更快地移动到新位置以支撑质心，应对突发干扰。

直立躯干：简化占地面积，为计算和电池留出空间，还能通过向加速方向倾斜提升平衡能力。

双臂安装在肩部：提供了将大型物体从地面抬到最高架子的完整工作空间，方便接住跌落物，同时提供出色的惯性驱动，便于转身或保持平衡。

这些形态特征，是一个物理系统在人类环境中高效工作的工程最优解，而非对生物学形态的盲目复制。

五、安全：人形机器人走入人类生活的最后一道门槛

Hurst对安全的讨论格外值得关注。他明确提出，安全“不仅依赖于感知和具情境感知的智能选择，还依赖于能够可靠（经过安全认证的冗余级别）在安全地点施加安全力的执行器”。

这意味着，人形机器人的安全不是纯软件问题。即使AI完美无缺，一个无法在接触瞬间精确控制施加力量、无法在摔倒时保护周围人的机械系统，就永远无法进入人类家庭。安全力控的本质是执行器和传动的物理能力，而非算法判断。

具体而言，机器人必须在与人实际接触时，避免夹点、跌倒或踩到他人脚及其他物理风险。这要求执行器具备冗余级别的安全认证——一个关于机械设计、材料选择和系统架构的物理工程问题。

六、从后室到家庭：一条渐进的道路

Hurst描绘了人形机器人进入人类社会的三个阶段。

第一阶段（当前）：商业和工业环境的“后室”——搬运托特袋、分拣包裹、简单套件装配。这些任务仍然是流程自动化范畴，但比传统机器人任务更具变异性，且符合机器人的经典“3D”——无聊、肮脏或危险。

第二阶段：随着通用能力提升、安全性确认、价格下降，扩展到更多商业和工业环境，包括熟悉的零售场景，逐步从后室走向公共空间。

第三阶段：当移动和操控在各种环境中达到了广泛的通用能力，能够在人们的家庭中适应，并逐步证明其安全操作——让我们能够信任它们在孩子和宠物身边——它们才会进入家庭，成为大多数人日常生活的一部分。

这条路径的关键约束，在每个阶段都是硬件的成熟度，而非仅仅软件的进步。

七、结语：物理智能的时代正在到来

文章最后，Hurst给出了一个令人心潮澎湃的展望。

“由人工智能赋能的人形机器人带来了机器人新纪元：无论人们工作在哪里，都能解锁操作，无需进行架构改造。多用途机器人能解决许多单一用途机械难以自动化的任务。这两个功能——在人类空间中运作且多功能——将重新定义劳动，放大人类野心，类似于加速的工业革命。”

“路上将有各种各样的人形机器人，和车辆一样多样，各自拥有独特的特色。人类很快将拥有前所未有的机器人助手。”

而实现这一切的前提，在于我们是否有足够的智慧去理解：物理智能的本质，首先是一个物理问题。

论文信息

标题：Physical artificial intelligence rests on mechanical hardware

作者：Jonathan Hurst，俄勒冈州立大学、Agility Robotics

期刊：Science Robotics，2026年8月12日，第11卷第117期

DOI：10.1126/scirobotics.aee2921

作者背景：Jonathan Hurst是Agility Robotics联合创始人兼首席机器人官，俄勒冈州立大学机械工程教授，Digit人形机器人的核心设计者。Digit是首款实现商业化部署的人形机器人，已在亚马逊等企业的物流场景中投入使用。

本文由CAAI认知系统与信息处理专委会供稿