你在电影或展览中看过会走路、会说话，甚至会做家务的机械人吗？近年来，越来越多人形机械人被研发出来，将有望用于军事、工厂和家庭等各种人类的生活环境。它们的外形和功能有甚么关联？它们怎样模仿人类的关节和平衡力？一起来认识这些越来越厉害的「机械伙伴」吧！
识别人形机械人
拥有人类外观特质的机械人被统称人形机械人（Humanoid Robot）或仿生人，它们通常拥有如人类般的躯干、四肢和头部。只是根据功能的不同，其中一些只模仿部分人类躯体，一些则更贴近整体人形。
▲服务型机械人的技术重点在于语音识别和提供指示，所以外观毋须特别似人。（Photo by Kukarobot/ CC BY-SA 4.0）
▲图为机械人索菲亚，它的发明意图在于以丰富的表情和肢体动作与人类互动，所以它的面部和手部都类似真人。（Photo by UNCTAD/ CC BY-SA 2.0Photo 2.0）
▲运动型机械人旨在完成更高难度的操作，因此它的外观只需大致模仿人类的躯干。（Photo by RoboCup2013/ CC BY 2.0Photo 2.0）
趣味知识：恐怖谷理论
日本机械人专家森政弘于1970年提出，人类会对与自身相似的机械人有好感。然而，但当相似度超过某个程度时，好感度就会骤然降低，甚至产生负面情绪，直到几乎与人完全相似时，才再次产生好感。
▲这是恐怖谷理论曲线图，横轴代表相似度的百分数，竖轴上方「+」表示好感，下方「-」表示反感。
▲跌入恐怖谷的人形机械人。（Photo by glynneh/ CC BY-SA 2.0）
当机械人与人类的外观十分相像，但它们的行动和说话却较僵硬和反常时，就会给人犹如面对僵尸的诡异感，产生抗拒和害怕的情绪。
人形机械人的突破
近年来，人形机械人的研究有不少突破，使机械人的灵敏度和平衡力都大大增加。
灵活的关节
部分人形机械人的颈部拥有2个自由度（Degree of freedom，简称DOF），既能上下转动，也能左右转动。
▲自由度可理解成某关节能自由变化的方向数量，如图展示了6个自由度。其中，上、下活动算是1个方向，即1个自由度，其他同理。
▲高端人形机械人。（Photo by Tesla/ CC BY 3.0）
高端人形机械人的手部不仅拥有10个以上的自由度，还增设了触觉传感器。
人的皮肤可感知剪切力，亦即两个物体接触时互相朝反方向滑过的力，例如用手指抓鸡蛋时，鸡蛋向下滑的力与手指向上抓的力就是剪切力。触觉传感器可以同时感知剪切力和压力，使机械人既能抓取鸡蛋，又不会将其捏碎。
强大的平衡能力
以上图机械人为例：
目前的缺点
虽然机械人的发展迅速，人形机械人目前还有一些缺点，包括：
❶ 续航时间短，充一次电仅能使用约1至4小时。
❷ 活动速度慢，机械人每一次做出精确的动作，其电脑内都要经过大量的计算，以控制幅度和力度，而目前的计算用时较长。
❸ 售价昂贵，多在10万元以上。
人形机械人正一步步走进我们的生活。不过，由于上述的缺点，如果想家家户户都能拥有一部超级智能的人形机械人，可能还要等待5至10年。未来的人形机械人会演变成怎么样？就让我们拭目以待吧。
(内文插图取自：《儿童的科学》第236期)
