何小鵬為機(jī)器人剪腿 “驗(yàn)明正身”！走貓步科技魔法究竟如何煉成

2025 年 11 月 6 日，小鵬汽車(chē)的發(fā)布會(huì)上演了戲劇性的一幕。為了平息公眾對(duì)新一代機(jī)器人里面藏著真人的猜測(cè)，工程師當(dāng)場(chǎng)剪開(kāi)了機(jī)器人的腿部肌肉，露出了內(nèi)部精密的機(jī)械骨骼。

這個(gè)舉動(dòng)相當(dāng)硬核，被小鵬汽車(chē)董事長(zhǎng)稱(chēng)之為“六子剖腹”式的自證。他希望這是最后一次當(dāng)眾剖開(kāi)機(jī)器人的身體驗(yàn)明正身。與其說(shuō)是回應(yīng)質(zhì)疑，不如說(shuō)是一次自信的反擊。不過(guò)，這也確實(shí)點(diǎn)燃了大家的好奇心：現(xiàn)在的機(jī)器人走路，已經(jīng)到了以假亂真的地步了嗎？

從最初的搖搖晃晃，到現(xiàn)在能上 T 臺(tái)，走貓步，這背后可不是簡(jiǎn)單的一句技術(shù)創(chuàng)新能解釋的。讓機(jī)器人好好走路，這是一場(chǎng)跨越了半個(gè)世紀(jì)，融合了力學(xué)、控制學(xué)和 AI 的科學(xué)長(zhǎng)跑。下面咱們就來(lái)看一看，機(jī)器人要想像人一樣優(yōu)雅地行走，究竟要闖過(guò)幾關(guān)？

走路的真相：與重力的“危險(xiǎn)博弈”

首先我們要明白一件事：無(wú)論對(duì)人類(lèi)還是機(jī)器人來(lái)說(shuō)，走路的本質(zhì)都是一樣的，這其實(shí)是一場(chǎng)體態(tài)與重力的持續(xù)博弈。如果你想要追求穩(wěn)定，就注定寸步難行。事實(shí)上，我們的每一步，都是在即將摔倒和重心失控中完成的，而我們的身體，則是在努力讓這個(gè)摔倒的過(guò)程可控。

為了不讓我們的身體真的摔倒，人類(lèi)的身體演化出復(fù)雜的神經(jīng)反饋機(jī)制。而科學(xué)家們則通過(guò)仿生學(xué)觀察，逐漸把人類(lèi)的行走模式，總結(jié)成可靠的數(shù)學(xué)模型。

1968 年，南斯拉夫科學(xué)家?jiàn)W米爾?武科布拉托維奇（Miomir Vukobratovi?）提出了零力矩點(diǎn)（ZMP）理論。這是個(gè)聽(tīng)起來(lái)很玄乎的名字，但它解決的問(wèn)題非常樸實(shí)，就是讓機(jī)器人能夠知道自己失去重心的程度。

什么叫做零力矩點(diǎn)呢？用句大白話來(lái)說(shuō)，就是你站立的時(shí)候，地面給你的支撐力在你腳底下的那個(gè)核心發(fā)力點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)的位置，地面對(duì)你產(chǎn)生的支撐力的合力矩為零。你站立的時(shí)候，只要這個(gè)點(diǎn)處在你兩個(gè)支撐腳覆蓋的安全區(qū)域里，你就肯定不會(huì)摔倒。

你可能會(huì)想，這不就是重心嘛，干嘛搞這么復(fù)雜？

哎，這就是零力矩點(diǎn)的厲害之處啦。當(dāng)你靜止站立的時(shí)候，零力矩點(diǎn)與你的重心在地面上的投影是完全重合的。但是，當(dāng)你行走或者奔跑的時(shí)候，兩個(gè)點(diǎn)就不在一塊兒了。你奔跑的時(shí)候，你的重心投影可以完全處在你的支撐腳之外，但是你并不會(huì)摔倒。

但是，如果你的零力矩點(diǎn)跑到了你的支撐腳范圍之外，那摔倒的趨勢(shì)可就無(wú)法挽救了。這是因?yàn)椋?strong>零力矩點(diǎn)是面支撐力和慣性力共同作用的平衡關(guān)鍵點(diǎn)，一旦它跑出腳的范圍，就意味著地面沒(méi)有任何接觸點(diǎn)能產(chǎn)生足夠的力，來(lái)抵消身體的傾倒力矩。

零力矩點(diǎn)理論的偉大之處，在于它把全身的力氣、慣性、重力這些復(fù)雜玩意兒，簡(jiǎn)化成了一個(gè)在地上需要盯緊的平衡點(diǎn)。機(jī)器人只要控制好動(dòng)作，確保這個(gè)點(diǎn)不出圈，它就不會(huì)摔倒。

不過(guò)，光知道如何不摔倒還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，機(jī)器人還得知道怎么走路。如果讓機(jī)器人計(jì)算全身幾十個(gè)關(guān)節(jié)該怎么動(dòng)，那它的 CPU 估計(jì)當(dāng)場(chǎng)就燒了。于是，科學(xué)家們又想了個(gè)偷懶的妙招，叫做線性倒立擺模型（LIPM）。

這個(gè)模型就像是把復(fù)雜的機(jī)器人簡(jiǎn)化成了一根頂著重物（重心）的棍子。它假設(shè)機(jī)器人的重心始終保持在同一個(gè)高度上，就像我們端著水走路，盡量不讓水灑出來(lái)一樣。這么一簡(jiǎn)化，計(jì)算量就可以實(shí)現(xiàn)瞬間暴跌。

機(jī)器人大腦的主要任務(wù)，就變成了“我這根棍子下一步該往哪兒倒，腳該往哪兒邁才能接住”的簡(jiǎn)單問(wèn)題。它們不用過(guò)分關(guān)注我的膝關(guān)節(jié)應(yīng)該順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)多少度這種問(wèn)題。現(xiàn)代機(jī)器人，就像這次出圈兒的小鵬 IRON，都是用這種簡(jiǎn)化思維來(lái)高效規(guī)劃基本步伐，再用零力矩點(diǎn)理論來(lái)隨時(shí)檢查一下自己有沒(méi)有摔倒的風(fēng)險(xiǎn)，再進(jìn)行微調(diào)，就可以了。

告別機(jī)械步：機(jī)器人如何從“穩(wěn)”到“美”

解決了機(jī)器人不摔倒的問(wèn)題，新的挑戰(zhàn)來(lái)了：怎么才能走得像個(gè)人呢？早期的機(jī)器人，比如著名的 ASIMO，雖然走得很穩(wěn)，但總給人一種姍姍學(xué)步的幼稚感，雖然它們的穩(wěn)定性其實(shí)不差，但看起來(lái)就是一副不靠譜的樣子。

就算是跑得比你還快的馬拉松冠軍，也沒(méi)讓人覺(jué)得它很厲害。

所以，強(qiáng)行控制機(jī)器人姿態(tài)，只想著如何讓它不摔倒的前提下盡量快，肯定是永遠(yuǎn)達(dá)不到優(yōu)雅的目的的。人類(lèi)走路之所以優(yōu)雅，是因?yàn)槿矶荚跒殡p腿打配合。

你走路時(shí)擺動(dòng)的手臂，不僅僅是為了好看，它更像是一個(gè)平衡儀。手臂和腿的反向擺動(dòng)，會(huì)巧妙地抵消掉身體旋轉(zhuǎn)的沖動(dòng)，讓你走得更直。而我們的骨盆也不是焊死的，它會(huì)輕微旋轉(zhuǎn)，這不光能讓你邁開(kāi)步子，還能讓你的重心保持穩(wěn)定，整個(gè)動(dòng)作行云流水。

對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這就難了。因?yàn)榇竽X存在的最原始功能，就是協(xié)調(diào)全身的肌肉。而機(jī)器人想要做到這一點(diǎn)，計(jì)算量不是一般的大。

機(jī)器人沒(méi)有與人類(lèi)對(duì)應(yīng)的肌肉組織，它們的運(yùn)動(dòng)能力，取決于它的關(guān)節(jié)馬達(dá)。所以這個(gè)問(wèn)題就沒(méi)有辦法通過(guò)仿生學(xué)來(lái)解決。因?yàn)闄C(jī)器人與人類(lèi)在這一點(diǎn)上完全不一樣。肌肉的好處是，任何一個(gè)動(dòng)作，都是很多塊肌肉合作完成的。肌肉和肌肉可以自己跟自己較勁，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的穩(wěn)定性。而機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)都是獨(dú)立運(yùn)行的，一個(gè)馬達(dá)運(yùn)行的時(shí)候，其他的馬達(dá)幫不上忙。

當(dāng)一個(gè)機(jī)器人只關(guān)心動(dòng)作和平衡的時(shí)候，它走路的樣子必然不會(huì)太好看。

為了解決這個(gè)難題，工程師們對(duì)關(guān)節(jié)馬達(dá)進(jìn)行了一系列的升級(jí)。最重要的升級(jí)，就是讓關(guān)節(jié)馬達(dá)能夠反向感知到自己運(yùn)行過(guò)程中遇到的阻力。比如說(shuō)，現(xiàn)在新款的機(jī)器人都在使用的關(guān)節(jié)叫做「行星滾柱絲杠」和「高精度減速器」，放著原理不談，一聽(tīng)這名字就高大上的不得了，有沒(méi)有？

這些新設(shè)備能讓機(jī)器人感知到腳底和地面的互動(dòng)，感知到輕微的失衡給不同關(guān)節(jié)帶來(lái)的不同的壓力。這就好比你赤腳走在沙灘上，能自動(dòng)調(diào)整力道，實(shí)現(xiàn)每一步的軟著陸。這種柔性步伐處理，正是機(jī)器人告別哐哐砸地式硬核行走的秘密武器。

能后空翻卻走不好貓步？秘訣不在爆發(fā)力

講到這里，我知道你肯定是不服氣的。

因?yàn)槟忝髅骺吹较裼顦?shù) H1 這類(lèi)機(jī)器人，能跑能跳能翻跟頭，上了擂臺(tái)你都打不過(guò)它，這運(yùn)動(dòng)能力只能用逆天形容的機(jī)器人。為什么它們走路時(shí)，我還是覺(jué)得很不靠譜呢？總不會(huì)小鵬 IRON 展示機(jī)器人，比宇樹(shù)的拳擊手還能打吧？

這是一個(gè)非常核心的問(wèn)題！答案是目標(biāo)不同和結(jié)構(gòu)差異。

首先，會(huì)武術(shù)和走路好看不是一個(gè)目標(biāo)。

這就像博爾特是百米飛人，但他上 T 臺(tái)走貓步肯定不如超模更自然。宇樹(shù)等機(jī)器人展示的后空翻和太極拳，其實(shí)是在展示它們的極限動(dòng)態(tài)能力、關(guān)節(jié)爆發(fā)力和平衡魯棒性。這是在追求“更高、更快、更強(qiáng)”，是在證明它從高空落下來(lái)能快速完成平衡的能力。剛剛我們已經(jīng)說(shuō)了，這兩項(xiàng)能力在于對(duì)走路本質(zhì)的理解能力上。

而小鵬 IRON 這次展示的T 臺(tái)貓步，是在展示機(jī)器人步態(tài)的擬人性和動(dòng)作的自然度。這是在追求“更像、更真、更美”的新目標(biāo)。小鵬想要做的事情，是我走路的姿態(tài)，能騙過(guò)你的眼睛。這是兩條截然不同的技術(shù)內(nèi)卷方向。

除了目標(biāo)不同以外，小鵬的 IRON機(jī)器人之所以能擬人行走，其靈魂在于它腰胯的結(jié)構(gòu)。

你可以自己試試：如果你走路時(shí)，鎖死你的腰和胯，只靠大腿帶動(dòng)小腿往前倒騰，你的姿態(tài)一定會(huì)變得非常僵硬，只能靠左右晃動(dòng)整個(gè)上半身來(lái)倒腳。這就是很多機(jī)器人機(jī)器感的來(lái)源。

不用去看機(jī)器人，只要去看看黑猩猩就知道。黑猩猩也可以直立行走，但是它們沒(méi)有人類(lèi)靈活的骨盆結(jié)構(gòu)，所以也就無(wú)法模擬人類(lèi)閑庭信步的走路姿態(tài)。

人類(lèi)之所以走路自然，是因?yàn)槲覀冇袠O其靈活的腰部和骨盆。我們走路時(shí)，骨盆會(huì)有一個(gè)輕微的水平旋轉(zhuǎn)——就像扭秧歌一樣，這個(gè)動(dòng)作能自然地送出我們的腿，讓步幅更長(zhǎng)、更順滑。同時(shí)，骨盆還有一個(gè)側(cè)傾，來(lái)配合重心的轉(zhuǎn)移。

這就是走出貓步的關(guān)鍵。小鵬 IRON 之所以看起來(lái)如此妖嬈自然，恰恰是因?yàn)樗谟布Y(jié)構(gòu)上擁有了足夠多的腰部和胯部自由度，并且在控制算法上學(xué)會(huì)了如何使用這些自由度，去復(fù)現(xiàn)人類(lèi)行走時(shí)那套極其復(fù)雜的全身協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。

所以，一個(gè)能后空翻的機(jī)器人，可能在那一瞬間把所有功力都集中在了腿部和腰部的爆發(fā)上；但一個(gè)能走貓步的機(jī)器人，則必須時(shí)時(shí)刻刻精妙地控制全身的幾十個(gè)關(guān)節(jié)。

讓機(jī)器人走貓步的兩大核心操作

剛剛說(shuō)過(guò)，同時(shí)協(xié)調(diào)好全身的關(guān)節(jié)，是一個(gè)極其消耗算力的工作。以前的機(jī)器人幾乎無(wú)法完成這樣復(fù)雜的實(shí)時(shí)計(jì)算，那新一代的機(jī)器人又是如何完成的呢？

傳統(tǒng)的控制方法，就像是給機(jī)器人編好了一套廣播體操，每一步都按預(yù)設(shè)腳本走。遇到問(wèn)題再靈活處理。這就導(dǎo)致機(jī)器人雖然平衡能力極強(qiáng)，但總是遇到溝溝坎坎就出現(xiàn)磕磕絆絆，雖然依然站立不倒，但總是顯得很狼狽。

而新一代機(jī)器人，比如小鵬 IRON，開(kāi)始啟用 AI 大模型和強(qiáng)化學(xué)習(xí)。這就像是給機(jī)器人請(qǐng)了個(gè)隨身教練，而不是塞給它一本死記硬背的說(shuō)明書(shū)。以前是先規(guī)劃，再檢查，最后應(yīng)對(duì)。而現(xiàn)在 AI 大腦則用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一步到位，它看到所有傳感器數(shù)據(jù)，包括視覺(jué)、平衡感、腳底壓力、關(guān)節(jié)壓力等數(shù)據(jù)，然后憑感覺(jué)指揮全身關(guān)節(jié)動(dòng)起來(lái)。

這種感覺(jué)怎么來(lái)的？其實(shí)跟嬰兒的姍姍學(xué)步是一樣的，就是靠練。強(qiáng)化學(xué)習(xí)就是讓機(jī)器人在虛擬世界里，像個(gè)蹣跚學(xué)步的嬰兒一樣，進(jìn)行幾十億次的試錯(cuò)。摔倒了，爬起來(lái)，調(diào)整一下；走順了，就給個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)。久而久之，AI 自己就能“悟”出最高效、最省力、最自然的走路方式，甚至學(xué)會(huì)人類(lèi)工程師都設(shè)計(jì)不出的高級(jí)動(dòng)作。

光會(huì)走還不行，還得走得好看，比如走出貓步。這就需要進(jìn)行模仿學(xué)習(xí)了。工程師們會(huì)請(qǐng)來(lái)專(zhuān)業(yè)的舞蹈演員或模特，穿上布滿傳感器的動(dòng)捕服，記錄下他們走貓步時(shí)的數(shù)據(jù)。然后，AI 就像個(gè)學(xué)生一樣，拼命復(fù)刻老師的動(dòng)作，學(xué)習(xí)人類(lèi)步態(tài)的風(fēng)格、節(jié)奏和韻律，特別是那些藏在腰胯里的靈魂細(xì)節(jié)。這才是從工程品走向藝術(shù)品的關(guān)鍵。

所以，再回頭看小鵬發(fā)布會(huì)上剪皮驗(yàn)骨那一幕，我們看到的就不僅是機(jī)械了。

那輕盈的貓步背后，是零力矩點(diǎn)理論打下的穩(wěn)定地基，是倒立擺模型規(guī)劃的最優(yōu)路徑，是高精度且具備反饋能力的關(guān)節(jié)提供的柔性力量，更是人工智能大腦通過(guò)幾十億次摔倒和模仿后，悟出的行走智慧。

所謂內(nèi)藏真人的質(zhì)疑，其實(shí)是對(duì)科技進(jìn)步的最高贊譽(yù)。這看似魔術(shù)般的真實(shí)感，恰恰是半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們用最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢砗蛿?shù)學(xué)算出來(lái)的。怎么樣，這樣的機(jī)器人距離被你接受，進(jìn)入你的家庭還有多遠(yuǎn)？留言區(qū)里說(shuō)說(shuō)吧。