达索系统统一建模与仿真人形机器人研发平台

寂静回声

“跑步”这个对人类而言几乎是本能的动作，对机器人来说，是一个极其复杂的计算与控制难题。它涉及到对动态环境中微小变化的实时感知、对自身数百个自由度（关节）的协同控制、对身体重心的精确预测与调整，以及对地面摩擦力、空气阻力等多重物理作用力的瞬时响应。这背后是数亿年生物进化为我们“硬编码”在小脑和神经系统中的卓越算法，而机器人则需要通过代码和传感器，从零开始学习这一切。
在传统的研发模式中，解决这一问题依赖于在物理样机上进行反复的、昂贵的、且充满风险的试错。每一次摔倒，都可能意味着数百万美元的精密硬件损毁和数周的维修周期。而达索系统的解决方案，则旨在将这个残酷的物理试错过程，转移到一个高保真的虚拟世界中。其核心是“虚拟孪生”（Virtual Twin）技术与“统一建模与仿真”（MODSIM）理念。
工程师不再是直接面对一台冰冷的物理样机，而是在3DEXPERIENCE平台上，构建一个与真实机器人一模一样的虚拟孪生体。这个孪生体并非简单的三维动画，而是一个包含了精确运动学、动力学、材料力学、传感器特性和控制逻辑的多维度科学模型。在这个虚拟世界里，研发团队可以进行无穷无尽的“思想实验”。

模型就绪，接力棒交到SIMULIA。多体动力学求解器与CFD引擎同时启动：湿滑赛道的低摩擦系数、崎岖草地的随机扰动、侧向风的瞬时冲击，都被精确映射到虚拟孪生机器人身上。数百万次行走、奔跑、失衡、摔倒，在云端并行发生；每一次“虚拟骨折”都会输出关节扭矩、地面反力、风载曲线等海量数据。算法工程师像拆弹专家一样，在几分钟内定位控制律的薄弱环节，修改一行代码即可触发下一轮仿真，研发周期从数月压缩到数天，而物理样机依旧完好无损地躺在仓库里。
当运动算法趋于稳定，DELMIA再把机器人带进“真实任务现场”。它的机器人仿真模块不仅规划关节轨迹、速度、柔顺性，确保动作流畅且避开奇异点，还能直接在虚拟场景中点亮摄像头、LiDAR、IMU，让传感器输出带噪声、带遮挡、带分辨率限制的真实数据流。机器人的“大脑”于是得以在高度还原的数字世界里，学习如何从嘈杂信号中判断自身姿态与环境状态。更重要的是，DELMIA可以把人类虚拟孪生放进同一场景，实时检测碰撞、力反馈与安全停障，提前验证人机协作的每一个细节。

如此，CATIA把机器人造出来，SIMULIA让它动得可靠，DELMIA让它干得安全——三段闭环，构成一条完整的MODSIM流水线，把莫拉维克悖论里的残酷试错，转化为数字世界里的高效进化。

最后，这种在虚拟世界中充分迭代的模式，极大地节省了成本，并激发了创新。工程师们可以大胆尝试各种激进的步态算法或结构设计，因为最坏的结果也只是屏幕上的一串代码报错。正如3DEXPERIENCE WORLD 2025大会上波士顿动力创始人马克·雷伯特所强调的，硬件与软件同等重要。通过虚拟孪生，硬件工程师与软件工程师可以在同一个模型上协同工作，硬件的微小改动对软件控制的影响，可以被即时仿真和验证，实现了真正的软硬件协同进化。莫拉维克悖论的本质，是物理世界交互的复杂性，而虚拟孪生，正是为驯服这种复杂性而生的利器。

达索系统的解决方案，是从设计的源头就注入“以人为本”的考量，利用其强大的可视化与人因工程能力，帮助设计师平稳地跨越恐怖谷。

首先，在外观设计阶段，CATIA和SOLIDWORKS等先进的CAD工具与Visualize渲染引擎相结合，可以让设计师创造出照片般逼真的机器人虚拟原型。他们可以自由地探索不同的材质、色彩、光影效果，以及面部表情的细微变化。这些高保真度的渲染图和动画，可以在设计早期就用于小范围的用户调研，通过收集潜在用户的反馈，来判断某种设计是否会引发负面的情感反应，从而避免在投入巨资开模制造后才发现设计缺陷。

其次，更关键的是对机器人“动态”行为的设计。恐怖谷的产生，往往更多源于不自然的运动而非静态的外观。DELMIA的运动仿真能力，允许设计师和工程师像电影导演一样，为机器人的每一个动作进行“编舞”。他们可以精确定义关节运动的速度、加速度和柔顺性，模拟出流畅、协调、符合生物力学和人类情感预期的动作。例如，一个服务型机器人递送水杯的动作，应该是平稳而专注的，而不是突兀和机械的。通过在虚拟环境中反复调试这些动态交互，可以确保机器人的行为语言是友好、可预测且值得信赖的。

此外，3DEXPERIENCE平台还能构建包含人类虚拟孪生的完整场景。设计师可以将机器人的虚拟孪生，放置在一个有虚拟人类活动的虚拟家庭或办公环境中。通过模拟人机之间的交互，如机器人如何避让人类行走、如何以合适的距离和姿态与人对话，可以从系统层面优化机器人的社交行为，确保其在真实世界中的表现是得体和受欢迎的。这不仅仅是美学设计，更是深层次的社会学和心理学工程。恐怖谷的本质是预期失配，而达索系统的平台，正是通过在虚拟世界中反复预演和校准，来确保机器人的最终表现在最大程度上符合人类的生理和心理预期。

一个能够在物理世界自由行动的人形机器人，其潜在的风险远高于一个固定的工业机械臂。它的决策失误，可能直接对周围的人或物造成伤害。因此，安全性是人形机器人设计的“一票否决项”。达索系统的解决方案，是通过其端到端的数字化流程，为机器人的设计、制造和运营，构建一个贯穿始终的“虚拟安全围栏”。

在设计与仿真阶段，这套“安全围栏”体现为严格的风险预测与规避能力。利用DELMIA进行离线编程和仿真时，任何可能导致碰撞、奇异点（机器人关节锁死）或超出关节极限的危险动作，都会在虚拟环境中被清晰地识别和标记。工程师可以在不触碰任何实体硬件的情况下，穷尽各种可能的任务序列，确保程序在逻辑上是绝对安全的。对于协作型人形机器人，还可以模拟其与人类在共享空间中的交互，通过内置的虚拟力矩传感器，测试其在感知到非预期碰撞时能否立即安全停止。

在制造与验证阶段，虚拟孪生技术确保了从数字世界到物理世界的一致性。所谓的“虚拟调试”（Virtual Commissioning），就是将机器人的控制程序（PLC代码）与它的虚拟孪生体连接起来，在软件层面完整地测试整个系统的逻辑。这意味着，当物理机器人通电运行时，其运行的程序早已在虚拟世界中经过了千锤百炼，极大地减少了现场调试时因程序bug导致的意外动作。

在运营与维护阶段，3DEXPERIENCE平台作为一个“单一数据源”，记录了机器人从设计、制造到每一次任务执行的全部数据。这种全生命周期的可追溯性，对于确保安全至关重要。一旦发生任何意外，工程师可以迅速回溯其虚拟孪生记录，精准定位问题根源，并通过OTA（Over-the-Air）技术，将经过虚拟验证的修复补丁，安全地部署到整个机器人机群中。

大型语言模型已经在大规模采用MoE（Mixture of Experts, 混合专家模型）架构。其核心思想是，不再用一个单一的、巨大的模型来解决所有问题，而是训练多个相对较小的“专家模型”，每个专家擅长处理某一特定类型的任务。当一个新任务到来时，一个“门控网络”会智能地判断应该激活哪个或哪些专家来协同完成。
可以预见，下一代人形机器人的“大脑”，也必将是一个MoE架构的“机器人技能操作系统”。在这个系统中，会有一个通用的底层运动控制模型，以及一系列可插拔的“技能专家包”，如“烹饪专家”、“清洁专家”、“装配专家”、“医疗护理专家”等。机器人的硬件都差不多，真正的区别就在于其软件配置。
而要实现这一点，OTA（Over-the-Air）远程更新技术将是标准配置。用户可以像在智能手机的应用商店里下载App一样，为自己的机器人购买和安装新的技能包。今天它是一个清洁机器人，明天通过一次OTA升级，它就可以变身为一个厨房助理。
在这个生态中，达索系统3DEXPERIENCE平台所扮演的角色，将是这个“机器人应用商店”的强大后端基础设施和“质量控制中心”。它将成为一个管理机器人全生命周期（包括软件生命周期）的中央枢纽。当一个开发者上传一个新的“技能包”时，它不会被直接推送到用户的物理机器人上。取而代之，这个技能包会被首先部署到该型号机器人的虚拟孪生体上，在云端的虚拟环境中进行严格、全面的自动化测试。
平台会验证新技能是否会与现有技能冲突？是否会引发任何不安全的动作？在各种模拟的家庭或工作环境中，它的任务成功率如何？只有通过了这一系列严苛的“虚拟认证”，这个新的OTA升级包才会被批准上架，并安全地推送到全球成千上万台物理机器人上。这确保了机器人能力的扩展，是在一个安全、可控、高质量的框架内进行的。

达索系统近半个世纪的发展史，是一部不断深化对现实世界进行数字化表征（Representation）的史诗。从最初的三维建模到如今由AI驱动的“3D UNIV+RSES”，其七代世界表征技术的演进，也为我们理解和构建日益复杂的人形机器人，提供了一个清晰的进化阶梯。

第一代：3D建模（3D Modeling）。这是人形机器人研发的起点。工程师使用CATIA或SOLIDWORKS等CAD工具，创造出机器人的每一个数字零件——从微小的齿轮、轴承，到复杂的连杆、外壳。这是将其物理形态数字化的第一步。
第二代：数字样机（Digital Mock-up, DMU）。这是将成千上万个数字零件，在虚拟空间中预先装配成一个完整的机器人。工程师可以检查零件间的干涉，规划内部线缆的布线，确保设计的合理性。
第三代：产品数据管理（Product Data Management, PDM）。随着机器人设计团队的扩大，PDM确保了所有工程师都在同一个版本上工作，避免了因数据混乱导致的设计错误，实现了高效的协同设计。
第四代：产品生命周期管理（Product Lifecycle Management, PLM）。PLM的视野贯穿了人形机器人的“一生”。它不仅管理设计数据，还管理与之相关的制造工艺、供应链信息、软件版本、测试报告、维护记录等。这为机器人的可追溯性和安全性提供了保障。
第五代：虚拟孪生（Virtual Twin）。这是革命性的一步。人形机器人的表征，从一个静态的几何模型，进化为一个动态的、基于科学的功能模型。我们可以在这个孪生体上模拟其行走、受力、发热和控制响应，真正地在虚拟世界中复现其物理行为。这是破解莫拉维克悖论、进行具身认知训练的基础。
第六代：人类虚拟孪生体验（Virtual Twin Experience of Humans）。这使得人形机器人的研发，能够将“人”的因素考虑在内。我们可以将机器人的虚拟孪生与人类的虚拟孪生（包含生物力学和人体工学模型）置于同一场景中，模拟机器人如何安全、舒适地辅助人类，例如帮助行动不便的老人起身。这对于开发家庭护理、医疗康复等领域的机器人至关重要。
第七代：3D UNIV+RSES。这是人形机器人研发的终极形态。它不再是单个机器人或单个场景的孪生，而是一个由多个相互关联的虚拟孪生构成的“宇宙”。想象一下，我们要开发一个能在城市中送快递的人形机器人。在3D UNIV+RSES中，我们可以构建一个包含了整个城市街区、交通流、天气变化和行人动态的虚拟孪生环境。然后，将成百上千个机器人虚拟孪生投放到这个“城市宇宙”中，进行大规模的群体智能和自主导航算法测试。更重要的是，这个宇宙由AI驱动，可以根据历史数据，“生成”各种可能遇到的罕见但危险的场景（如突然冲出的孩童），从而对机器人的应急处理能力进行极限测试。
达索系统在2025年的投资市场日活动中，明确将人形机器人列为重点发展的子行业之一。这并非偶然的决策，而是基于其四十余年技术积累和对未来工业深刻洞察的必然选择。人形机器人，是当今工业领域复杂度最高的“系统之系统”之一，它完美地融合了精密机械、先进电子、复杂软件和前沿人工智能。它对设计、仿真、协作和全生命周期管理平台的要求，达到了前所未有的高度。这恰恰是达索系统3DEXPERIENCE平台的核心优势所在。
挑战人形机器人这一“工业皇冠上的明珠”，不仅是达索系统技术实力的最佳试金石，更是其“为现实生活打造虚拟世界”企业愿景的终极体现。