机器人与无人机的组合，加州理工学院实现陆空一体化自主系统

AI科技 2025年10月20日 03:42 0 aa

信息来源：https://newatlas.com/robotics/morphing-robot-duo/

机器人技术正在迎来一场革命性的变革。加州理工学院的研究团队成功开发了一套名为X1的复合机器人系统，通过将中国宇树机器人公司的G1人形机器人与自主研发的M4飞行机器人相结合，实现了步行、驾驶和飞行三种运动模式的无缝切换。这一突破性成果不仅展示了多模态机器人协作的巨大潜力，更预示着未来机器人将能够适应更加复杂多变的任务环境。

X1系统的核心创新在于其动态协作能力。在演示场景中，人形机器人首先承担运载任务，在到达指定地点后弯腰释放背部的M4机器人。随后M4独立完成飞行和地面滚动的组合导航，遇到水池等障碍时自动切换为飞行模式。整个过程展现出高度的自主性和环境适应性，为机器人在复杂现实环境中的应用开辟了新的可能性。

项目负责人、加州理工学院机械与土木工程教授亚伦·艾姆斯表示："现在，机器人可以飞行、可以驾驶、可以行走。在某些情况下，这些功能都很出色。但关键是如何将这些不同的运动方式整合成一个系统，让我们能够获得所有这些优势，同时减轻各自的缺点。"这一理念反映了当前机器人技术发展的重要趋势：从单一功能向多模态融合的转变。

技术突破背后的工程挑战

X1 机器人系统将 Unitree 的 G1 人形机器人与加州理工学院的 M4加州理工学院合并

X1系统的成功并非一蹴而就，研究团队用了近三年时间解决两个机器人系统融合过程中的各种技术难题。首要挑战是改造宇树G1机器人的控制系统，使其从简单的动作模仿转变为具备自主导航能力的智能系统。这要求重新设计机器人的感知、决策和执行框架。

平衡控制是另一个关键技术难点。当M4机器人安装在G1背部时，整个系统的重心分布发生显著变化，这对人形机器人的步态控制算法提出了严峻考验。研究团队必须开发新的动力学模型和控制策略，确保系统在各种地形条件下都能保持稳定行走。

艾姆斯解释说："机器人按照物理要求学习行走。所以X1不仅可以走路，还可以在不同类型的地形上行走，可以上下楼梯，更重要的是，它可以背着像M4这样的载荷行走。"这种负重行走能力的实现需要对传统人形机器人的控制算法进行根本性改进。

M4机器人本身也是一项技术创新。这个飞行机器人具备独特的变形能力，其旋翼保护罩可以转换成轮子，实现空中飞行和地面滚动的双重功能。这种设计不仅提高了能源效率，也大大扩展了机器人的作业范围。在需要精确定位或穿越复杂地形时选择飞行模式，在平坦地面上则采用更节能的滚动模式。

跨学科协作的科研范式

X1项目体现了现代机器人研究的跨学科特色，涉及加州理工学院的三个主要研究团队：自主系统与技术中心负责M4机器人的硬件开发，艾姆斯实验室专注于运动控制和安全算法，TII团队则专门研究机器人的感知和自主决策能力。

这种协作模式反映了当前机器人技术的复杂性。单一研究团队已经难以掌握从硬件设计到算法开发的全部技能，跨团队合作成为推动重大技术突破的必然选择。艾姆斯强调："我们正在研究安全关键控制，确保我们可以信任我们的系统，确保它们是安全的。通过开展这些不同的项目和协作，我们能够解决这些更大的问题，并真正以实质性和协调的方式推动自主性发展。"

这种合作模式的成功也为学术界提供了宝贵经验。在机器人技术日趋复杂的今天，如何协调不同专业背景的研究团队，如何在保持各自专业深度的同时实现有效整合，这些都是值得深入思考的问题。

国际合作同样发挥了重要作用。X1系统采用了中国宇树机器人公司的G1平台，这种跨国技术合作体现了机器人研究的全球化特征。不同国家和地区的技术优势相互补充，共同推动了整个行业的进步。

未来应用前景与挑战

X1系统展示的多模态能力为机器人在复杂环境中的应用开辟了广阔前景。在搜索救援任务中，机器人可以步行穿越废墟，然后释放飞行模块进行高空侦察。在工业检测领域，系统可以在厂房内正常行走，遇到高空设备时切换为飞行模式。在物流配送中，机器人可以根据不同地形条件选择最优的运动模式。

然而，从实验室演示到实际应用还面临诸多挑战。首先是可靠性问题。在演示环境中表现良好的系统未必能在复杂多变的真实环境中稳定运行。恶劣天气、复杂地形、意外障碍等因素都可能影响系统性能。

能源管理是另一个关键挑战。多模态机器人系统的能耗通常高于单一功能机器人，如何优化能源配置、延长作业时间是实用化必须解决的问题。此外，两个机器人系统的协调控制也需要更加智能的算法支持，确保在各种情况下都能做出最优的模式选择。

安全性考量同样重要。飞行机器人的坠落风险、人形机器人的跌倒可能以及两者协作过程中的潜在危险都需要进行深入的风险评估和防护设计。特别是在人机共存的环境中工作时，安全性要求更加严格。

从成本角度来看，复合机器人系统的制造和维护成本相对较高，这可能限制其在某些应用领域的推广。如何在保证性能的前提下降低成本，是产业化过程中必须面对的现实问题。

机器人技术发展的新方向

X1项目的成功标志着机器人技术发展进入了一个新阶段。从早期的单一功能机器人，到现在的多模态融合系统，这种演进反映了技术成熟度的提升和应用需求的复杂化。

人工智能技术的进步为多模态机器人的发展提供了强有力的支撑。先进的机器学习算法使机器人能够更好地理解环境、预测任务需求并做出智能决策。深度学习技术在视觉感知、路径规划、动作控制等方面的应用，显著提升了机器人的自主性水平。

硬件技术的进步同样关键。更轻量化的材料、更高效的电机、更精密的传感器等都为复杂机器人系统的实现提供了基础。特别是电池技术的改进，为长时间、多模态作业提供了可能。

标准化和模块化趋势也值得关注。X1项目采用现有机器人平台进行改造的做法，体现了模块化设计的优势。未来可能会出现更多标准化的机器人接口和协议，促进不同厂商产品之间的兼容和协作。

展望未来，多机器人系统的协作将成为一个重要发展方向。不仅是两个机器人的组合，而是多个具有不同功能的机器人形成网络，共同完成复杂任务。这种群体智能的实现需要更先进的通信技术、协调算法和任务分配机制。

X1项目虽然还处于早期研究阶段，但它所展示的技术路径和实现方法为整个机器人行业提供了宝贵启示。随着相关技术的不断完善和成本的逐步降低，类似的多模态机器人系统有望在未来几年内走出实验室，进入实际应用领域。

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