打造安全可靠的人形机器人未来

作者：莱迪思

随着机器人硬件与人工智能（AI）软件技术持续迭代，二者在现实场景中的融合正逐渐落地。具备人工智能的人形机器人正从研发实验室中的实验系统，发展为有望部署于实际场景的功能型设备。从制造工厂内的物料搬运与运输，到医疗机构里的患者护理监测，人形机器人的应用前景极为广阔。

这一发展前景有望推动人形机器人行业的高速增长。加拿大皇家银行资本市场预测，2050年全球人形机器人市场规模将达到9万亿美元，推动劳动密集型工作实现自动化，填补各行业的劳动力缺口。然而，在其带来巨大价值的同时，人形机器人也伴随着一系列不容忽视的潜在风险。

这些风险中最突出的便是人形机器人的物理安全与网络安全问题，在具身人工智能的落地过程中，物理安全与网络安全二者紧密关联、缺一不可，共同构成了系统可靠部署的根本前提。无论是出于安全威胁引发的故障，还是非恶意原因导致的故障，做好防范都至关重要。通过在当前为人形机器人的部署建立可靠的基础，开发人员才能保障未来的高效应用。而搭建这一基础依赖的不应是事后叠加的安全防护措施，而是以硬件为基础、具备实时运行能力和高度韧性的安全架构。

人形机器人面临的独特安全风险

与传统封闭IT系统不同，人形机器人运行于开放环境中。它将网络系统与物理运动能力深度融合，借助AI自动化技术来控制自身运动及各类操作。

正因如此，系统安全链路与运行环节的任意一处被攻破都可能改变机器人在现实世界中的行为。随着这类机器人进入家庭、办公场所与公共场景，其攻击面以及造成物理伤害的潜在风险会大幅攀升。这些风险形式多样，例如执行器或移动功能可能导致物理伤害，传感器可能引发监视与隐私泄露，此外还有企业数据外泄、机器人集群被整体攻陷等威胁。

遗憾的是，人形机器人的预设意图与最终执行结果往往无法完全对齐。即便一台理论上“安全”的机器人，在遭遇劫持或发生故障时，依然可能输出有害动作。这类风险绝大多数可归结为两大核心因素：

1.        人形机器人在现实环境中可被直接接触且大多缺乏对应的物理防护。物理端口、电路板、外接接口、固件篡改、传感器劫持都是恶意攻击者可利用的潜在攻击路径。
2.        现有安全框架普遍存在碎片化、成熟度不足的问题。人形机器人开发者需要在系统设计阶段就将功能安全、网络安全与隐私保护深度融合，确保当下部署的机器人在未来数十年内仍能保持安全，足以抵御包括未来量子计算威胁在内的各类风险。
防范上述攻击路径，确保系统能够同时抵御网络与物理层面的威胁，是所有人形机器人实现落地部署的核心前提。

为何需要人形机器人硬件级安全能力

不少开发者在设计人形机器人时，首先想到的是在软件层面部署防护方案。既然软件就能实现相关功能，何必挤占本就有限的设备空间和功耗，额外增加硬件安全组件呢？然而，仅靠软件手段来保护人形机器人，往往既难以真正落地，效果也无法保证。

运行在系统CPU和GPU上的软件安全层普遍存在不确定性，且其攻击面广泛、已被充分研究。这类方案过度聚焦网络入侵防护，却往往忽略了物理实体被接触和边缘侧被攻破的风险。真正有效的防护体系必须能同时覆盖人形机器人稳定运行所需的亚微秒级控制环路、实时传感器融合和确定性执行能力。

在软件方案存在能力短板的情况下，基于硬件的安全体系可为人形机器人提供关键支撑。这种硬件级安全方案能够：

1.        实现攻击面更小、标准化程度更低、更难被预测。
2.        内置安全启动、硬件可信根（HRoT）、芯片级防篡改机制等嵌入式防护能力，同时搭载支撑故障安全机制的冗余架构与锁步架构。
3.        支持可重构能力，让系统在部署完成后仍能适应不断演变的安全威胁。
4.        实现单周期确定性执行，并即时检测和响应异常。

尽管硬件原生安全方案的优势十分明确，但将这类能力与组件集成到人形机器人设计流程中仍存在不少难点。要把硬件级安全能力融入人形机器人的整体系统架构，需要一套覆盖全链路、体系化的物理安全与网络安全方案，同时兼顾安全韧性与动态适配能力。

构建面向未来的人形机器人底层架构

这套方案的第一步是建立硬件可信根。可信平台模块（TPM）可为基于硬件的信任体系提供标准底层支撑，涵盖安全启动、加密身份标识、验证和密钥存储等核心功能。要在人形机器人的动态运行环境中充分发挥作用，信任体系不能停留于静态，而必须贯穿系统运行的整个过程，实现全面保护。

将TPM与现场可编程门阵列（FPGA）等可编程硬件搭配使用，即可实现这种全链路信任体系。FPGA可为传感器和执行器提供确定、可靠的实时控制，进而持续校验系统运行状态和攻击面情况。同时，FPGA还内置可重构能力，能够构建可随安全威胁变化而动态调整的硬件基础。

FPGA与TPM共同搭建出一套主动式安全底层架构，并与系统控制功能协同工作，而非在控制体系外围独立运作。通过将信任体系延伸覆盖至整台人形机器人系统，二者可以：

•        为传感器、关节、执行器等所有组件提供单节点身份标识与验证。
•        对已被入侵的组件执行隔离操作，阻断全系统连锁故障扩散。
•        在硬件层面完成安全固件升级与安全策略强制落地。

这套组合方案可为人形机器人提供长期安全韧性保障。依托硬件原生信任机制与可重构逻辑，人形机器人系统无需进行整机硬件重构，即可持续适应不断迭代演变的安全威胁。

信任体系：人形机器人落地的关键推动力

人形机器人在现实场景中的整体成效，不仅取决于其任务范围，更取决于执行任务时的安全防护能力和运行可靠性。通过采用融合确定性控制与持续安全防护的硬件可信根架构，开发者能够将信任体系与安全韧性植入未来人形机器人的底层系统，确保其在各类现实场景中安全运行。