2025 年 11 月 6 日,小鵬汽車的發布會上演了戲劇性的一幕。為了平息公眾對新一代機器人里面藏著真人的猜測,工程師當場剪開了機器人的腿部肌肉,露出了內部精密的機械骨骼。

這個舉動相當硬核,被小鵬汽車董事長稱之為“六子剖腹”式的自證。他希望這是最后一次當眾剖開機器人的身體驗明正身。與其說是回應質疑,不如說是一次自信的反擊。不過,這也確實點燃了大家的好奇心:現在的機器人走路,已經到了以假亂真的地步了嗎?

從最初的搖搖晃晃,到現在能上 T 臺,走貓步,這背后可不是簡單的一句技術創新能解釋的。讓機器人好好走路,這是一場跨越了半個世紀,融合了力學、控制學和 AI 的科學長跑。下面咱們就來看一看,機器人要想像人一樣優雅地行走,究竟要闖過幾關?
走路的真相:與重力的“危險博弈”
首先我們要明白一件事:無論對人類還是機器人來說,走路的本質都是一樣的,這其實是一場體態與重力的持續博弈。如果你想要追求穩定,就注定寸步難行。事實上,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,則是在努力讓這個摔倒的過程可控。
為了不讓我們的身體真的摔倒,人類的身體演化出復雜的神經反饋機制。而科學家們則通過仿生學觀察,逐漸把人類的行走模式,總結成可靠的數學模型。
1968 年,南斯拉夫科學家奧米爾?武科布拉托維奇(Miomir Vukobratovi?)提出了零力矩點(ZMP)理論。這是個聽起來很玄乎的名字,但它解決的問題非常樸實,就是讓機器人能夠知道自己失去重心的程度。
什么叫做零力矩點呢?用句大白話來說,就是你站立的時候,地面給你的支撐力在你腳底下的那個核心發力點。這個點的位置,地面對你產生的支撐力的合力矩為零。你站立的時候,只要這個點處在你兩個支撐腳覆蓋的安全區域里,你就肯定不會摔倒。
你可能會想,這不就是重心嘛,干嘛搞這么復雜?
哎,這就是零力矩點的厲害之處啦。當你靜止站立的時候,零力矩點與你的重心在地面上的投影是完全重合的。但是,當你行走或者奔跑的時候,兩個點就不在一塊兒了。你奔跑的時候,你的重心投影可以完全處在你的支撐腳之外,但是你并不會摔倒。

但是,如果你的零力矩點跑到了你的支撐腳范圍之外,那摔倒的趨勢可就無法挽救了。這是因為,零力矩點是面支撐力和慣性力共同作用的平衡關鍵點,一旦它跑出腳的范圍,就意味著地面沒有任何接觸點能產生足夠的力,來抵消身體的傾倒力矩。
零力矩點理論的偉大之處,在于它把全身的力氣、慣性、重力這些復雜玩意兒,簡化成了一個在地上需要盯緊的平衡點。機器人只要控制好動作,確保這個點不出圈,它就不會摔倒。
不過,光知道如何不摔倒還遠遠不夠,機器人還得知道怎么走路。如果讓機器人計算全身幾十個關節該怎么動,那它的 CPU 估計當場就燒了。于是,科學家們又想了個偷懶的妙招,叫做線性倒立擺模型(LIPM)。
