印真_探索具身智能新范式：生物智能混合机器人系统研究与实践.pdf

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1、印真上海创智学院同济大学Part 01.Part 01.Part 02.Part 02.Part 03.Part 03.Part 04.Part 04.生命与物理中的智能人工物理智能系统生物混合机器人发展生物智能混合微机器人分层、有序的复杂生命系统分层、有序的复杂生命系统生命是分层有序结构在物理相互作用下逐层涌现出的复杂有序生命智能系统与人造机器人系统底层逻辑差异生命智能系统与人造机器人系统底层逻辑差异生命智能系统是自下而上组织，与环境物理交互中自然涌现而来人工机器系统是自上而下设计，是人为定义与工程迭代的产物2 mm 左右的果蝇1700 mm 左右的人形机器人生命的智能隐藏在其物理本体之中生

2、命的智能隐藏在其物理本体之中生命的智能或适应性行为不只来源于大脑，也隐藏在身体之中这是一只死鱼Beal et al.,Journal of Fluid Mechanics,2006章鱼触手的行动不需经过大脑，而是局部直接形成 sense-act 环路Kuuspalu et al.,Current Biology,2022生命物理智能的物理本质：极限环生命物理智能的物理本质：极限环从非线性动力学的角度，这些隐藏在身体中的部分智能行为，可归结为 极限环（Limit Cycle）或 吸引子（Attractor）的存在非线性系统相空间中一个稳定的极限环B-Z振荡反应脊椎动物行走：中枢神经发生器（古典）

3、具身智能与物理智能（古典）具身智能与物理智能1989-：Embodied IntelligenceRodney BrooksRolf Pfeifer2013-：Physical IntelligenceMetin SittiHod LipsonHeinrich JaegerDaniel Goldman“人工智能应当从与环境的物理交互中去学习理解，应该从生物系统、物理机制、认知科学等层面去研究具身智能。”“智能行为可以内嵌在物理系统与环境交互过程中，而无需编写复杂的算法”基于行为的机器人架构基于行为的机器人架构反应式架构：Braitenberg Vehicle 基于行为的机器人架构（基于行为的机

4、器人架构（Behavior-based roboticsBehavior-based robotics）：）：智能智能来源于层级并行的来源于层级并行的Sense-Act Sense-Act 简单行为模块在与动态物理环境的实时交互中的系统级表现简单行为模块在与动态物理环境的实时交互中的系统级表现Posso et al.,Communicating Process Architectures Conference,2011包容式架构：层级并行的反应式模块中枢模式发生器中枢模式发生器Nyakatura,J.A.et al.2019 Nature 565,351-355缺乏连续高层指令与感知反馈的条件

5、下，也能自主产生节律性运动输出的神经控制回路。缺乏连续高层指令与感知反馈的条件下，也能自主产生节律性运动输出的神经控制回路。其数学工具是非线性振荡器，物理本质是极限环其数学工具是非线性振荡器，物理本质是极限环物理储备池物理储备池直接利用物理系统自身动力学与高维状态空间进行计算Liang X.P.et al.2024 Nat.Electron.7,193-206Wang J et al.2025.IROS储备池计算原理以多自由度机械臂与交联传感网络自身为物理储备池的负载物体识别过去人工物理智能系统的局限过去人工物理智能系统的局限人工物理智能系统的复杂度与生命系统相去甚远，任务能力也极为有限以风力

6、为驱动走路亚毫米尺度的水熊虫是感知环境、调节内部状态、运动、摄食、应激和维持生存的完整个体利用生物肌肉驱动的机器人系统利用生物肌肉驱动的机器人系统Lee KY et al.2022.Science.375Ren X et al.2025.Science Robotics.10利用心肌细胞节律收缩构建的微型机器鱼，像心脏跳动一样连续自主游动了超过 100 天通过培养生物肌肉组织并进行电刺激，直接作为机器人的驱动器，但都相当简易成束的活体骨骼肌肉组织驱动多关节仿生手“死灵死灵”机器人机器人Yap F et al.2022.Advanced Science.9通过向死去的蜘蛛体内注入空气，利用其液压