Nature子刊丨将人体模型纳入机器人设计全过程，共享具身智能开启人机协作全新范式

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过去几年，机器人进步得越来越快。

它们能够奔跑、跳跃、翻越障碍，也能完成越来越复杂的操作任务。从工业制造到家庭服务，再到医疗护理，人形机器人正逐渐走出实验室。

但在人机共同完成任务时，真正决定协作质量的，往往并不是机器人自身表现，而是人与机器人之间能否形成自然、高效且安全的配合。

2026 年 7 月 13 日，意大利理工学院、英国曼彻斯特大学等机构提出了一种名为Shared Embodied Intelligence（共享具身智能）的新框架，并基于此开发出新一代人形机器人 ergoCub。与传统机器人不同，它并不是先完成设计，再思考如何与人协作，而是在机器人身体结构、控制系统以及人体模型之间进行联合优化。

相关内容以「Towards shared embodied intelligence in humanoid robots through optimization, development and testing of the human-aware ergoCub robot」为题，发布在《Nature Machine Intelligence》。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s42256-026-01272-2

共享具身智能

传统机器人研发有一个默认前提：机器人是一套独立系统。这种思路在机器人独立执行任务时十分有效，但当机器人开始进入工厂、医院或家庭，与人共同完成搬运、辅助操作甚至护理工作时，问题便逐渐显现。

论文指出，现有具身智能研究虽然越来越强调机器人与环境之间的交互，却很少把人体工学（Ergonomics）作为机器人设计的核心目标。人体通常只是一个外部约束，而不是整个系统的一部分。

研究团队采用了一种联合设计（Co-design）思路，将机器人硬件、控制系统以及人体生物力学模型放入同一个优化框架中。换句话说，机器人不单独学习如何运动，而是与人体一起被建模、一起被优化。

图 1：利用人机交互模型，利用以机器人硬件参数参数化的人机交互模型，优化机器人硬件和物理智能的共享具象智能架构实例。

为了实现这一目标，研究人员首先建立了包含人体骨骼、关节以及肌肉动力学的人体数字模型，使机器人能够实时估计人在协作过程中的受力状态和运动趋势。与此同时，机器人自身也采用层级控制架构，从高层任务规划到底层全身控制形成统一闭环。

此外，研究团队还设计了一套对称的信息交互机制，使人体状态能够持续影响机器人的动作规划，而机器人的运动又会反过来改变人体受力。整个优化目标不再只是让机器人保持平衡，而是让「人—机器人整体」始终处于更高效、更安全、更舒适的协作状态。

图 2：共享具身智能框架。

真实的人机协作

为了验证这一理念，研究团队围绕ergoCub开展了一系列真实的人机协作实验。

其中最具代表性的任务，是人与机器人共同搬运重物。

过去，大多数机器人在搬运过程中只关注自身是否保持平衡、是否完成轨迹规划，很少考虑人的身体正在承受怎样的负荷。而在共享具身智能框架下，机器人会持续估计人体姿态变化，并结合人体生物力学模型实时计算腰椎关键位置——L5-S1 关节的受力情况。这一位置承担着人体搬运时的大部分压力，也是职业劳损最容易发生的部位之一。

研究人员将人体负荷直接纳入机器人的优化目标。

图 3：人机协作有效载荷抬举过程中手部轨迹与腰骶关节扭矩的比较。

当人体受力增加时，机器人会主动调整自身的姿态、发力方向以及移动节奏，通过改变双方之间的受力分配，降低人体承担的机械负荷，而不是简单保持原有运动轨迹继续完成任务。

接着，研究人员还进行了另一项更加具有挑战性的实验。

在人机共同运动过程中，研究人员人为对机器人施加外部推力，模拟现实环境中可能出现的碰撞、干扰或人体突然改变动作等情况。

图 4：在外部推力下直线行走任务及携带重箱时，ergoCub 控制器的性能追踪。

结果显示，机器人并没有按照预设轨迹僵硬执行，而是能够结合人体状态重新调整全身平衡，在保持协作关系的同时恢复稳定行走。整个控制过程不仅考虑机器人自身动力学，也持续考虑人体动作带来的影响，使两者始终作为一个整体进行协调。

围绕人设计的具身智能

近年来，人形机器人取得了令人瞩目的进展。

无论是运动控制、大语言模型，还是视觉感知，几乎所有研究都在努力让机器人变得更加聪明、更加强大。然而，当机器人真正进入工厂、医院、家庭等现实环境后，人们发现，一个优秀的协作者未必是力量最大、速度最快的那一个，而是最懂得配合伙伴的人。

共享具身智能提出的正是这样一种想法。它将人与机器人看做是一个整体，在机器人诞生之前，就把人体需求写入机械结构、控制算法以及优化目标之中。这种设计理念都有望降低人体负担，提高协作效率，并让机器人真正融入人类工作与生活。