北京亦莊人形機器人半馬 11個為什麼? 解讀黑科技

中國人形機器人的發展超乎想像。一年前還被人類拖著完成北京亦莊半程馬拉松，今年已有四成機器人實現自主導航。儘管途中仍有「仆街」，但它們自人類面前快速掠過的身影，凸顯進步與失控只在一瞬間。有媒體整理出11個為什麼，帶你看懂機器人馬拉松。

北京亦莊人形機器人半程馬拉松日前在南海子公園鳴槍開跑，21.0975公里的賽道上，不再是人類運動員的專屬舞台，而成為了機器人技術實力的考驗場。人類有很多提問，為什麼人形機器人的造形各異？為什麼有的穿鞋，有的堅持高頻小步前進，有的萌到像小嬰兒，有的在同樣彎道就摔倒被抬出場。有媒體整理出了這場馬拉松的「11個為什麼」，解讀這些細碎差異的背後，機器人研發團隊展現的黑科技，以及強大的吸金能力。

在這場人形機器人半馬賽事中，由中國智能手機品牌榮耀齊天大聖隊的人形機器人「閃電」，以50分26秒的成績衝過終點線奪冠，成績快於烏干達選手基普利莫（Jacob Kiplimo）今年3月在里斯本創下的57分20秒人類紀錄。而在去年的北京人形機器人半馬首屆賽事中，成績最好的機器人耗時2小時40分42秒，幾乎是「閃電」今年成績的三倍。

榮耀團隊一位工程師說，「閃電」的身高約165公分，腿部長度約90公分，關節搭載了源自智能手機等消費電子產品的液冷系統，和其他約四成的參賽機器人一樣都實現了自主奔跑，設計規格參照了頂尖人類運動員。

但據九派新聞「鏡相工作室」報導，北京這條賽道本身也像是為機器人量身設計的一本「難題集」。全長21.0975公里，從平地到坡道，從連續彎道到狹窄路段，再到南海子公園內接近90度的急彎與下坡組合，十餘種地形被串聯在一起。對人類跑者來說這都不輕鬆，更是對機器人感知、決策與控制系統的挑戰。

1.人形機器人速度、步幅差異明顯，受哪些因素制約？

快思慢想研究院院長田豐表示，步幅最直接的決定因素，是關節電機的扭矩，「在控制能力還不夠成熟的情況下，很多系統會主動選擇更保守的小步策略」，一旦姿態有偏差，可以更快修正，整體穩定性更高。

至於步頻，本質上取決於電機的響應速度和驅動能力。如果電機性能更好、驅動更強，單位時間內可以完成更多次步態循環，步頻就能提高。這也和電力系統密切相關，供電能力不足或電機性能不夠，就很難支撐高步頻運行。

2.為什麼今年完賽時間比去年大幅縮短？

田豐表示，這其實是得益於中國電動車產業鏈正在往機器人領域遷移，關節電機、電池這些東西在持續進步，整體性能在提升，同時國產化率也愈來愈高。

另一個很重要的點是，廠商在算法上的投入也在加大。有的機器人廠商一半的研發費用投在「小腦」和「大腦」上，也就是運控和邏輯思考，這一塊其實會帶來很大的價值。

3.邊跑邊換電池，不能把電池包擴大嗎？

零零後科技創始人兼CEO張振堯表示，按目前電化學發展，一塊電池很難驅動一台身高180公分的全尺寸人形機器人跑完「半馬」，會有中途換電或換機器人方案。接下來的權衡是數學計算，若為避免換電把電池包增大，電機必須輸出更大的扭矩來維持相同的奔跑速度，更高的電流和發熱，最後又要消耗更多的電能，因而陷入了循環。

「所以堆電池容量是下下策」，張振堯說，最好的狀態是，把電池的重量控制在整機重量的10%到15%，讓人形機器人能以比較敏捷的步態、依靠多次換電完成比賽。今年有一個創新點是，有的隊伍給機器人裝上多塊電池包，先更換一塊電池，讓備用電池供電，做到了不斷電換電、系統不關機的效果。

4.為什麼有的機器人穿鞋、有的不穿？

張振堯說，機器人穿不穿鞋，體現在工程學上就三個指標，地面接觸模型、摩擦係數和衝擊吸收。機器人每邁出一步，腳接觸到地面，會產生體重兩到三倍的反作用力，向上傳導就會對其踝關節和膝關節造成高頻衝擊，非常容易發生金屬疲勞和斷裂，「機器人也會磨損『半月板』」，跑鞋的作用就是吸收衝擊力，有效保護機器人的關節和電機。

但穿鞋也會帶來兩個小問題。一個是前期訓練模型沒有把跑鞋柔軟的材料、鞋底的厚度放進去，導致機器人不知道自己穿了鞋，可能會對它的算法造成一定擾動，比如踏空，但現在的強化學習算法有很強的穩健性，給機器人穿一雙跑鞋仍利大於弊。

5.參賽隊伍在雨中給機器人披雨衣，防水很難？

「我認為機器人防水是一件非常困難的事情」，張振堯說，人形機器人集成了大量傳感器和設備，設計之初就沒有考慮到要去防水性工況下使用，它的電源接口、關節之間的連接件、甚至很多走線是完全裸露在外的，剪掉其中一根電線，就可能導致整個機器人系統的徹底癱瘓。

在當下這個階段，給人形機器人做防水太複雜了，很多團隊在機器人的關節處做了很多創新設計，讓機器人跑得更高效。而且，真的做出防水機型，整機成本會比現在至少上升五倍，也不符合人形機器人的商業化落地需求。

6.人形機器人的最優體型是否存在？

張振堯表示，不同應用場景下，人形機器人會有各自更適合的體型。比如體型較小的機器人，優勢在擺動幅度可以做得很高，同時重心低、穩定性好。但它的單步跨度有限，想達到較高速度，就必須依賴更高步頻，這會顯著增加電機負載和散熱壓力。

全尺寸人形機器人的優勢在於可以更好地利用動力學，讓腿部擺動更高效，但一旦摔倒，衝擊力也更大，很可能直接對整機造成嚴重損傷。這類機器人對電機性能和控制算法的要求也更高，更適合工業製造、物流搬運、應急救援等場景，以及需要與人類實現1：1替代的通用任務。

7.會不會出現專為跑步優化的非標準人形結構？

張振堯表示，如果單純從「跑得更快、更久」這個目標來看，完全復刻人類的雙足直立形態，未必是最優解。不過類似思路在機器人設計中已經出現，比如去年有一款人形機器人，屁股很大，其實裡面放了兩個碩大的電機，相當於人類的肌肉；或採用更輕量化的材料結構，甚至去掉上半身或手臂，但這類設計更適合特定任務。

長期來看，如果目標是進入家庭、醫院或通用服務場景，人形機器人仍需要在「類人」、「仿生」這個方向上收斂。目前比較流行的人形機器人體型，是身高在160到180公分、體重約50公斤的類人機器人。這是綜合運動性能、能耗以及與人類生活空間適配性之後，一個相對均衡的結果。

8.今年參賽機器人遙控仍占大部分，挑戰在哪裡？

張振堯表示，自主導航分兩方面，一是機器人要去感知外部環境，二是根據感知到的外部環境做決策。馬拉松賽道和實驗室環境差別非常大，最大問題是數據噪聲和計算延遲，數據噪聲指人形機器人奔跑產生的衝擊力，不僅會損害關節等機械結構，對感知系統也是噩夢，系統會誤以為自己處於一個劇烈晃動的環境，進而導致系統失效甚至干擾識別精度。

為了過濾噪聲，需要給機器人加上濾波算法、搭載深度學習模型。但受制於電池容量，機器人身上搭載的邊緣計算晶片算力有限，最終可能會出現感知系統和運動控制系統「搶」算力的情況。感知系統「搶」贏了，機器人可能直接「抽搐」；兩個系統「打平手」，算力消耗過大，電機過熱，可能整個系統會直接降頻甚至癱瘓。

9.為實現全自主導航，有提出哪些解決方案？

張振堯表示，今年最大的提升在高精度全局定位系統的修正以及多系統耦合上。某個傳感器失效時，可通過其他系統進行狀態估計，不需要所有傳感器都始終在線。另一方面，這次比賽使用了高精度RTK定位技術，相當於給機器人提供了一個來自太空的坐標系，能有效解決長距離奔跑中的累計誤差問題。

從遙控到自主導航，真正的跨越在於人形機器人的決策能力，邊緣計算系統已能實時生成類似柵格地圖的環境模型，非常接近自動駕駛中的路徑規畫和決策系統。不過，目前還無法實現百分之百無人干預的全程運行，現實環境中存在大量不可預見的極端情況，比如強光直射導致傳感器失效，路面積水帶來的干擾等，系統仍然缺乏足夠的常識和自我保護機制，可能只能通過重啟來恢復奔跑的狀態。

10.為什麼一定要讓人形機器人跑馬拉松？

「馬拉松本質上是一個暴露短板的過程」，田豐認為，跑馬拉松不是單一能力的比拚，而是一個全產業鏈能力的體現，短距離更考驗峰值速度、爆發力和協調性，長距離則更考驗續航、熱管理，以及核心零部件的耐久性和系統的長期穩定性。

在賽事中，誰做得好，說明系統更均衡，誰做得不好，就可以看到問題在哪裡，再去補齊，這是一個很好的訓練和篩選機制。不只是第一名值得關注，那些在比賽中摔倒的機器人，其實同樣重要，因為這些失敗會產生大量「負樣本」數據，對系統的快速迭代和能力提升，是非常有價值的。

11.讓人形機器人跑得更快重要嗎？

田豐表示，跑得快這件事有一個關鍵指標，就是峰值速度，一般來說，實際運行速度大概是在峰值的75%到80%區間已經是一個比較理想的狀態。跑得快的價值在於測試機器人的能力上限在哪裡。就像在工廠裡，可能不需要跑得特別快，但在搜救場景中，機器人需要和時間賽跑。不同場景，對速度的需求不一樣。

「我覺得這件事還有點像奧林匹克。奧林匹克本質上是在不斷挑戰人的專項能力極限，而人形機器人跑馬拉松也是一樣，不管是手臂的負載能力，還是腿部的運動速度，都需要不斷去逼近甚至突破極限。而且這個極限，未來很可能會超過人的生理邊界」，田豐說。