近年來機器人產品的大幅進步，例如波士頓動力 Atlas 機器人的奔跑、跳躍，以及 AI 新創公司 Figure 旗下機器人，示範如何心靈手巧的摺疊衣物，全都讓外界感到十分驚豔。然而，就在外界認為人形機器人的下一步突破，在於如何完善 AI 軟體，使它們能夠輕鬆應對現實生活環境的難題時，業界卻擁有完全不同的觀點。
日本科技大廠 Sony 最近在一場研討會活動中，刻意強調了自家公司在研發機器人產品時，所遭遇的一項核心發展問題：無論人形機器人或其他動物機器人，其可安裝的關節數量都有所上限，導致機器人的動作與模仿對象之間存在差異，大大降低了它們的使用價值。
換句話說，當代機器人的行為、動作，皆因為硬體限制而不夠像人，因此 Sony 呼籲業界應該朝「柔性結構機制」的方向進行研究，打造出更加柔軟、聰明的機器人軀體，彌補該類產品在動態運動能力方面的不足。
現代機器人的發展困境：太過僵硬
綜觀當代多數機器人的設計，往往圍繞著集中控制一切的軟體，即所謂的「大腦優先」理念，導致機器人於物理表現上，總會呈現得不夠自然。
反觀人類之所以能夠高效率的執行各種動作，主要源於我們的身體組成，有著柔韌的關節、靈活的脊椎及彈簧狀的肌腱；相較之下，人形機器人通常僅由金屬和馬達等剛性組件構成，再透過自由度有限的關節彼此連結。
此外，為了克服軀體的重量和慣性，機器人每秒鐘必須進行數百萬次微小且耗電的校正，才能避免翻倒和傾覆，這導致最先進的人形機器人，通常也只能工作數小時，接著電力就會逐漸耗盡。
以特斯拉（Tesla）的 Optimus 機器人為例，即便只是簡單的行走，機器人每秒功耗就達到 500W，反觀人類即便是快走，每秒耗能也僅 310W，機器人完成更簡單的任務，卻得多消耗 45% 的能量，效率十分低落。
缺乏應對現實世界的「物理性智慧」
既然如此，現今機器人廠商仍不斷強調大腦優先，是否意味著整個產業的發展方向需要修正呢？答案或許是肯定的。
畢竟，一副不夠「自然」且「仿生」的軀體，意味著電腦將需要更強大的運算能力，配合更多的物理控制，反過來導致機器人變得更重、更耗能，加劇了業界所面臨的發展難題。
從另一個角度看，AI 確實讓機器人變得更聰明，但隨著人工智慧不斷進步，它為機器人所帶來的效果，卻是逐漸遞減的收益與回饋。
同樣以特斯拉 Optimus 為例，在最近公開的影片中，這台機器人雖然聰明到懂得摺疊衣服，但跟人類只需利用觸覺感受布料，接著由大腦引導手部動作相較，機器人的物理弱點仍太過明顯。
僅依賴電腦視覺與 AI 運算的 Optimus 機器人，雖然可以表現出細微的動作，但雙手卻相對僵硬且缺乏感測器，這導致機器人一旦離開受到控制的環境，例如把衣服丟到凌亂的床上，其動作可能就無法順利執行，因為機器人的身體和各個部位，仍然缺乏適應現實世界混亂狀態的「物理性智慧」。
廠商強調 AI 運算，卻忘了生物力學
除了 Optimus，波士頓動力的 Atlas 機器人亦是如此。例如在展示影片中，Atlas 雖然可以做出各種大幅度的雜技動作，但現實中機器人卻無法走過長滿青苔的岩石，或者穿過茂密的樹叢。
原因在於，Atlas 的雙足缺乏感測器去接觸地表，甚至是模仿生物腳掌，以柔軟方式貼合地面，機器人的身體亦無法彈性且任意彎曲。
對生物模仿能力的不足，或許就是機器人產業儘管經過多年發展，仍大多保持「研究平台」性質，而無法真正走向「商業產品」的理由。
如今頂尖的機器人公司，本質上都是軟體和人工智慧企業，他們雖擅長利用運算解決問題，並透過全球供應鏈購入高精度馬達、感測器和處理器來組合機器人，但卻忽略了生物力學與先進材料的研發，更沒有意識到若想打造具備物理性智慧的機器人軀體，事實上需要全新的供應鏈系統。
為機器人打造出柔軟、高效率，更類似於生物的軀體，正是「機械智慧」（Mechanical Intelligence，MI）領域研究團隊，最主要的關注重點。
透過「機械智慧」效法自然界生物
機械智慧源於數百萬年來，人類對自然界生物特性的觀察，並且於後續歸納出被稱為「形態運算」（morphological computation）的原理，希望藉此讓機械自動執行複雜的動作運算。
舉例來說，松果的鱗片在乾燥環境下會張開並釋放種子，然而在潮濕環境中，鱗片則會閉合並保護種子，這純粹是松果應對濕度變化的「機械反應」，過程無需大腦或任何運動機制參與。
同理，兔子在草原上奔跑時，其腿部肌腱就像智慧彈簧一樣，腳落地時被動吸收衝擊力，接著釋放能量再往前跳，吸收、反彈的動作使兔子步態變得穩定高效，更無需肌肉付出太多力量。
人類的手掌、手指其實也都擁有「被動智慧」。柔軟的肌膚能夠自動適應手上握住的任何物體，指尖甚至具備「智慧型潤滑器」，可以自動調節濕度，以便在抓取任何特定表面時，皆可達到完美的摩擦力。
換句話說，如果將人類手掌的被動智慧，導入到 Optimus 機器人的雙手，它就能以更小的力量和能量來抓緊物體，相當於讓皮膚主動對抓握的物體進行運算。
科學家的新突破：柔性人造肌肉
當機械智慧應用到機器人領域，或許就能讓物理結構，獲得被動適應環境的能力，無須任何主動感測器、處理器運算或額外能量，仍可對環境做出合適反應。
近來，一群來自美國西北大學的科學家，就研發出一種「柔性人造肌肉」，為機器人的肌肉骨骼系統，提供更加近似於人體的性能與機械特性。
為了展示人造肌肉的功能，科學家將其植入真人大小的仿生機械腿之中，該裝置內建硬質的塑膠「骨骼」、彈性「肌腱」，以及一組專用的感測器，讓機器人能夠「感知」自身肌肉的運作方式。
這條機械腿使用了 3 塊人造肌肉，包含股四頭肌、腿筋和小腿肌肉，藉此做出彎曲膝蓋與踝關節的動作，由於肌肉的柔韌性足以吸收衝擊力，更能施加足夠力量，因此在示範影片中，機械腿已能夠將一顆排球從底座上踢走。
讓機器人感知變化，人造肌肉還很省電
該研究作者之一的西北大學材料科學與工程助理教授 Ryan Truby 指出，設計出像人類肌肉一樣運作的軟性材料非常難，即使可以成功製造出來，如何為人造肌肉注入力量，甚至跟堅硬的類骨骼結構進行連接，全都是十分困難的挑戰。
西北大學團隊於機械腿中植入的柔性感測器，使機器人的腿部能夠「感知」自身肌肉變化，例如伸展或收縮程度；同時每塊人造肌肉的重量，大約只相當於一顆足球，體積則比一瓶汽水略大。
人造肌肉可以伸展至本體長度的 30%，收縮時則能舉起比自身重 17 倍的物體，對於它們在機器人領域的應用而言，最關鍵之處在於人造肌肉可由電池供電，而無需使用笨重的外部設備。
Ryan Truby 說，這種具備生物肌肉骨骼特性的創新材料，可望讓人類於未來製造出更具彈性、更堅固耐用的機器人，滿足現實世界的使用需求；他也期待新材料能為人形機器人和動物機器人，開闢出全新的發展方向。
軟體跟硬體融合，產業才能前進
當機器人的軀體具備物理性智慧，且身體能夠被動適應環境，那麼機器人的 AI 大腦就能專注於它更擅長的事情，即各種高階行為策略和學習，並且透過更有意義的方式與現實世界互動。
機器人技術的未來，絕非硬體與軟體之間的較量，更應該是兩者融合，藉此創造出新一代的機器人，接著才能讓產品走出實驗室，走進真正的現實世界。
【推薦閱讀】
◆ 【機器人大對決】2025 首屆人形機器人運動會落幕， AI 演算法、科技軟硬體決勝負
◆ NVIDIA 機器人技術三大更新！新 Cosmos Reason 模型要讓機器「更像人」
◆ 為什麼不是人形機器人？史丹佛大學研究員發明「機器人燈」幫你摺床上衣服
＊本文開放合作夥伴轉載，參考資料：《The Conversation》、《Northwestern University》，首圖來源：Figure
（責任編輯：鄒家彥）
