Nature子刊丨將人體模型納入機器人設計全過程，共享具身智能開啟人機協作全新范式

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過去幾年，機器人進步得越來越快。

它們能夠奔跑、跳躍、翻越障礙，也能完成越來越復雜的操作任務。從工業制造到家庭服務，再到醫療護理，人形機器人正逐漸走出實驗室。

但在人機共同完成任務時，真正決定協作質量的，往往并不是機器人自身表現，而是人與機器人之間能否形成自然、高效且安全的配合。

2026 年 7 月 13 日，意大利理工學院、英國曼徹斯特大學等機構提出了一種名為Shared Embodied Intelligence（共享具身智能）的新框架，并基于此開發出新一代人形機器人 ergoCub。與傳統機器人不同，它并不是先完成設計，再思考如何與人協作，而是在機器人身體結構、控制系統以及人體模型之間進行聯合優化。

相關內容以「Towards shared embodied intelligence in humanoid robots through optimization, development and testing of the human-aware ergoCub robot」為題，發布在《Nature Machine Intelligence》。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s42256-026-01272-2

共享具身智能

傳統機器人研發有一個默認前提：機器人是一套獨立系統。這種思路在機器人獨立執行任務時十分有效，但當機器人開始進入工廠、醫院或家庭，與人共同完成搬運、輔助操作甚至護理工作時，問題便逐漸顯現。

論文指出，現有具身智能研究雖然越來越強調機器人與環境之間的交互，卻很少把人體工學（Ergonomics）作為機器人設計的核心目標。人體通常只是一個外部約束，而不是整個系統的一部分。

研究團隊采用了一種聯合設計（Co-design）思路，將機器人硬件、控制系統以及人體生物力學模型放入同一個優化框架中。換句話說，機器人不單獨學習如何運動，而是與人體一起被建模、一起被優化。

圖 1：利用人機交互模型，利用以機器人硬件參數參數化的人機交互模型，優化機器人硬件和物理智能的共享具象智能架構實例。

為了實現這一目標，研究人員首先建立了包含人體骨骼、關節以及肌肉動力學的人體數字模型，使機器人能夠實時估計人在協作過程中的受力狀態和運動趨勢。與此同時，機器人自身也采用層級控制架構，從高層任務規劃到底層全身控制形成統一閉環。

此外，研究團隊還設計了一套對稱的信息交互機制，使人體狀態能夠持續影響機器人的動作規劃，而機器人的運動又會反過來改變人體受力。整個優化目標不再只是讓機器人保持平衡，而是讓「人—機器人整體」始終處于更高效、更安全、更舒適的協作狀態。

圖 2：共享具身智能框架。

真實的人機協作

為了驗證這一理念，研究團隊圍繞ergoCub開展了一系列真實的人機協作實驗。

其中最具代表性的任務，是人與機器人共同搬運重物。

過去，大多數機器人在搬運過程中只關注自身是否保持平衡、是否完成軌跡規劃，很少考慮人的身體正在承受怎樣的負荷。而在共享具身智能框架下，機器人會持續估計人體姿態變化，并結合人體生物力學模型實時計算腰椎關鍵位置——L5-S1 關節的受力情況。這一位置承擔著人體搬運時的大部分壓力，也是職業勞損最容易發生的部位之一。

研究人員將人體負荷直接納入機器人的優化目標。

圖 3：人機協作有效載荷抬舉過程中手部軌跡與腰骶關節扭矩的比較。

當人體受力增加時，機器人會主動調整自身的姿態、發力方向以及移動節奏，通過改變雙方之間的受力分配，降低人體承擔的機械負荷，而不是簡單保持原有運動軌跡繼續完成任務。

接著，研究人員還進行了另一項更加具有挑戰性的實驗。

在人機共同運動過程中，研究人員人為對機器人施加外部推力，模擬現實環境中可能出現的碰撞、干擾或人體突然改變動作等情況。

圖 4：在外部推力下直線行走任務及攜帶重箱時，ergoCub 控制器的性能追蹤。

結果顯示，機器人并沒有按照預設軌跡僵硬執行，而是能夠結合人體狀態重新調整全身平衡，在保持協作關系的同時恢復穩定行走。整個控制過程不僅考慮機器人自身動力學，也持續考慮人體動作帶來的影響，使兩者始終作為一個整體進行協調。

圍繞人設計的具身智能

近年來，人形機器人取得了令人矚目的進展。

無論是運動控制、大語言模型，還是視覺感知，幾乎所有研究都在努力讓機器人變得更加聰明、更加強大。然而，當機器人真正進入工廠、醫院、家庭等現實環境后，人們發現，一個優秀的協作者未必是力量最大、速度最快的那一個，而是最懂得配合伙伴的人。

共享具身智能提出的正是這樣一種想法。它將人與機器人看做是一個整體，在機器人誕生之前，就把人體需求寫入機械結構、控制算法以及優化目標之中。這種設計理念都有望降低人體負擔，提高協作效率，并讓機器人真正融入人類工作與生活。