圖源：北京經(jīng)開區(qū)融媒體中心
本文來自微信公眾號(hào)“文達(dá)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究”，作者：左鍵，創(chuàng)業(yè)邦授權(quán)發(fā)布。
2019年，村上春樹出版了《當(dāng)我談跑步時(shí)我談些什么》。他以跑步為引，探討了協(xié)作、人生哲學(xué)與自我超越的深層聯(lián)系。
16年后，跑步的主體更換主角——變成機(jī)器人，直接上強(qiáng)度，參與了一次半程馬拉松賽跑。4月19日，在萬眾期待之中，2025北京亦莊半程馬拉松暨人形機(jī)器人半程馬拉松正式開賽，共計(jì)20支機(jī)器人隊(duì)伍參賽。
不過與開賽前的“秀肌肉”預(yù)設(shè)相比，現(xiàn)場(chǎng)的“笑果”更加吸引眼球：“老熟人”宇樹G1，開跑之際直接表演平地摔；“小孩哥”松延動(dòng)力N2，頭可斷步子不能亂；打扮成變形金剛的神農(nóng)機(jī)器人一陣“阿姆斯特朗旋風(fēng)”后火速出局；半醒機(jī)器人深諳老人養(yǎng)生的精髓——走路還得是倒著走……
就像村上春樹所寫：“超級(jí)馬拉松帶給我的種種東西之中，意義最重要的，卻不在肉體上，而是精神上?！?/p>
20支隊(duì)伍暴露的關(guān)節(jié)松動(dòng)、傳感器誤判等問題，恰是技術(shù)迭代的 “黃金起點(diǎn)”：機(jī)械關(guān)節(jié)的每一次擺動(dòng)都在生成改進(jìn)數(shù)據(jù)，跌倒與爬起的循環(huán)成為算法進(jìn)化的燃料。
贏得賽博半馬的keycode
跑馬拉松需要哪些能力？
從人類角度來看，肌肉耐力、運(yùn)動(dòng)技巧、心理素質(zhì)、補(bǔ)給策略缺一不可。對(duì)應(yīng)到機(jī)器人，除了不用關(guān)心心理外，運(yùn)動(dòng)控制算法、環(huán)境感知技術(shù)、能源管理系統(tǒng)、智能導(dǎo)航與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等核心能力缺一不可。
其中：
*運(yùn)動(dòng)控制算法，決定了機(jī)器人奔跑的姿態(tài)、速度與穩(wěn)定性，是機(jī)器人的 “運(yùn)動(dòng)大腦”；
*環(huán)境感知技術(shù)，利用激光雷達(dá)、視覺攝像頭等多模態(tài)傳感器感知周圍環(huán)境信息，如同機(jī)器人的 “感官系統(tǒng)”；
*能源管理系統(tǒng)，直接決定續(xù)航能力，本次半馬要求全程不暫停計(jì)時(shí)，電池更換時(shí)間計(jì)入總成績(jī)；
*智能導(dǎo)航，可實(shí)時(shí)解算賽道曲率、坡度等參數(shù)，動(dòng)態(tài)生成最優(yōu)奔跑軌跡；
*機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則需在輕量化與耐用性間尋找平衡——過重導(dǎo)致能耗激增，過輕則難以承受長(zhǎng)距離沖擊。
此次奪得前三甲的天工Ultra、松延動(dòng)力N2、行者二號(hào)，無一例外，占據(jù)了其中幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)能力。
先說說冠軍“天工Ultra”，它來自北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心，是全尺寸人形機(jī)器人，身高約1.8m，體重約55kg。單純從外形判斷，似乎帶來步幅優(yōu)勢(shì)，實(shí)則需克服高重心帶來的平衡難題。
天工Ultra從機(jī)械設(shè)計(jì)與智能導(dǎo)航上，尋找突破口：大功率一體化關(guān)節(jié)搭配低慣量腿部結(jié)構(gòu)，爆發(fā)時(shí)速達(dá)12km/h，輕量化材質(zhì)與風(fēng)冷散熱技術(shù)提升耐用性；內(nèi)置北京人形機(jī)器人自研的“基于狀態(tài)記憶的預(yù)測(cè)型強(qiáng)化模仿學(xué)習(xí)”控制策略，實(shí)時(shí)感知身體狀態(tài)的同時(shí)，還能預(yù)測(cè)后續(xù)動(dòng)作。
依托自身搭載的運(yùn)控算法和多模態(tài)傳感器，結(jié)合超寬帶無線技術(shù)，將路徑規(guī)劃誤差控制在10cm內(nèi)，天工Ultra成為唯一全程自主導(dǎo)航的機(jī)器人。
天工機(jī)器人
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再說說第二名松延動(dòng)力“N2”，稱得上“高個(gè)子”天工Ultra的“B面”：身高僅1.2m，體重約30kg，類似于5歲孩童大小身量。亮相時(shí)，還腳踩著29碼的斯凱奇。
松延動(dòng)力創(chuàng)始人姜哲源的解釋是，高速度對(duì)硬件沖擊極大，給N2穿上跑鞋并加裝了三個(gè)定位銷，可有效緩解沖擊力過大帶來的結(jié)構(gòu)損傷。據(jù)介紹，N2的理論最快配速3.5m/s（也就是12.6km/h，與天工Ultra不遑多讓），同時(shí)可在高速奔跑中保持穩(wěn)定與靈活。
能達(dá)到這一速率，與N2的“擬人”特性有關(guān)。硬件上，輕量化鋁合金機(jī)身搭配18個(gè)高扭矩關(guān)節(jié)（扭矩達(dá)150N·m），可完成空翻等高難度動(dòng)作；模型預(yù)測(cè)控制與強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法結(jié)合，支持多場(chǎng)景二次開發(fā)，頭部脫落后仍能通過預(yù)設(shè)程序維持運(yùn)動(dòng)，展現(xiàn)極端情況下的系統(tǒng)魯棒性。
姜哲源坦言，“算法目前不算挑戰(zhàn)，但硬件的穩(wěn)定性與可靠性是我們目前需要解決的最大問題?！?/p>
N2機(jī)器人
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另外，季軍“行者二號(hào)”，來自上海卓益得機(jī)器人有限公司，身高1.7m，整機(jī)重量?jī)H28kg，輕量化設(shè)計(jì)特征明顯。機(jī)器人腿部采用仿生肌腱（繩）驅(qū)動(dòng)技術(shù)，模仿人類肌肉和骨骼的運(yùn)動(dòng)方式，使機(jī)器人的步態(tài)更加自然和高效。
談及仿生肌腱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷，卓益得創(chuàng)始人李清都教授打了個(gè)比方：“就好像火烈鳥，腿又細(xì)又長(zhǎng)，不僅跑得快還能飛。這說明一個(gè)問題，自然界已經(jīng)給出了解決這類問題的答案?！?/p>
運(yùn)動(dòng)控制上，行者二號(hào)采用了自適應(yīng)步態(tài)控制算法，無論是平坦的柏油路，還是崎嶇的山路，都能靈活調(diào)整步伐。至于能源管理，行者二號(hào)未更換電池成功完賽，續(xù)航能力全場(chǎng)第一，直接驗(yàn)證了全新的肌腱仿生驅(qū)動(dòng)技術(shù)路線的可靠性，一舉攻克了傳統(tǒng)機(jī)器人受制于電池能量密度與電機(jī)功率密度的瓶頸，很好地驗(yàn)證了這條技術(shù)路線的商業(yè)化可能性。
行者二號(hào)機(jī)器人（記者實(shí)拍）
以北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心CEO熊友軍的話來總結(jié)此次半馬：“機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向生活，面對(duì)的是一個(gè)高動(dòng)態(tài)、非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境。參賽隊(duì)伍能站在這里參加半馬比賽，本身就是一場(chǎng)勝利?！?/strong>
技術(shù)演進(jìn)的本質(zhì)是對(duì)場(chǎng)景的解耦
當(dāng)我們見慣了社交平臺(tái)中長(zhǎng)袖善舞、野地跑酷的人形機(jī)器人后，這次的半馬似乎將其打回“原型”：哪有什么無所不能的硅基英雄，只有去掉濾鏡后，隨時(shí)都會(huì)摔倒的“無助”人機(jī)。
為什么“我以為的”和“我看到的”機(jī)器人差這么多？
因?yàn)槟愕臋C(jī)器人、我的機(jī)器人，從來因場(chǎng)景而異。人形機(jī)器人誕生的初衷是服務(wù)垂直場(chǎng)景，從工業(yè)到家庭再到商業(yè)的演進(jìn)路徑，本質(zhì)是技術(shù)適配需求的過程。而半馬對(duì)機(jī)器人的考驗(yàn)與這些場(chǎng)景大相徑庭——就像善做家庭清潔的機(jī)器人，無需面臨高速前行、超長(zhǎng)續(xù)航等問題。
想要消解對(duì)技術(shù)定位的誤讀，就得弄清楚技術(shù)邏輯與場(chǎng)景需求的深層聯(lián)系。
首先，不可否認(rèn)的是，固定流程、明確指令、單一環(huán)境的工業(yè)場(chǎng)景，將是人形機(jī)器人率先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的戰(zhàn)場(chǎng)。
目前，工業(yè)自動(dòng)化經(jīng)歷了從專用機(jī)械（如機(jī)械臂）到移動(dòng)機(jī)器人（如AGV）的升級(jí)，但仍面臨非結(jié)構(gòu)化環(huán)境、復(fù)雜任務(wù)需求兩大瓶頸。具備三維環(huán)境適應(yīng)性、多任務(wù)協(xié)同性和人機(jī)交互兼容性的人形機(jī)器人，將在工業(yè)產(chǎn)線復(fù)雜環(huán)境中發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
譬如在搬運(yùn)、裝配、質(zhì)檢、巡檢等多環(huán)節(jié)協(xié)同過程中，“雙足移動(dòng)、雙臂操作”的人形機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)“抓取重物+跨越障礙+視覺檢測(cè)” 復(fù)合需求，成為工業(yè)環(huán)境中的“通用型執(zhí)行單元”。同時(shí)，在工業(yè)場(chǎng)景鍛煉下，人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、環(huán)境感知等技術(shù)將得到大幅提升，從而勝任更多復(fù)雜任務(wù)。（這些技術(shù)也將遷移復(fù)用至家庭、商業(yè)等場(chǎng)景）
隨著具身智能算法的成熟與硬件成本的下探，人形機(jī)器人變身“廠花”“廠草”或在不遠(yuǎn)的將來。
如果說工業(yè)場(chǎng)景還在思考“人形”的必要性，家庭場(chǎng)景對(duì)“人形”的需求已板上釘釘。在高度擬人化的物理環(huán)境、非結(jié)構(gòu)化指令、情感化交互的需求下，人形機(jī)器人自然更容易被人類接受，成為“家庭新成員”。
在家庭場(chǎng)景，人形機(jī)器人的技術(shù)邏輯，將從“精準(zhǔn)執(zhí)行”轉(zhuǎn)向“柔性響應(yīng)”——比如，在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域，隨著人口老齡化加劇，具備步態(tài)輔助、健康監(jiān)測(cè)、應(yīng)急呼叫等能力家庭護(hù)理機(jī)器人，有望承擔(dān)起部分護(hù)理工作。而在教育領(lǐng)域，人形機(jī)器人可作為教學(xué)輔助工具，幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐能力。
在更遠(yuǎn)一些的商業(yè)場(chǎng)景，人形機(jī)器人可直接使用人類基礎(chǔ)設(shè)施——如門把手、樓梯、門店柜臺(tái)等，靈活完成精細(xì)抓取、端水遞物等復(fù)雜任務(wù)，通過動(dòng)態(tài)平衡技術(shù)適應(yīng)商場(chǎng)過道、酒店走廊等復(fù)雜地形，并結(jié)合多模態(tài)交互（語音對(duì)話、表情展示、手勢(shì)引導(dǎo)）提升服務(wù)親和力。
上海青心意創(chuàng)的機(jī)器人Orca（記者實(shí)拍）
可通過面部水滴icon+肢體動(dòng)作，呈現(xiàn)喜怒哀樂等情緒
不過，這些也意味著更深的技術(shù)挑戰(zhàn)，即協(xié)調(diào)“人-物-場(chǎng)”的動(dòng)態(tài)關(guān)系——商場(chǎng)的客流潮汐、展會(huì)的突發(fā)需求、酒店的個(gè)性化服務(wù)，都要求機(jī)器人具備“感知-決策-執(zhí)行”的全棧能力。
結(jié)語
這是一個(gè)充滿機(jī)會(huì)與荊棘的早期市場(chǎng)，硬件性能的桎梏、算法魯棒性的短板、規(guī)模化成本的高墻，以及社會(huì)認(rèn)知的壁壘，共同編織成人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的復(fù)雜圖景。
以當(dāng)前的數(shù)據(jù)卡點(diǎn)為例，要想獲得更強(qiáng)大、更穩(wěn)健的機(jī)器人操控策略，創(chuàng)建大型、多樣化、高質(zhì)量的機(jī)器人操控?cái)?shù)據(jù)集至關(guān)重要——這已經(jīng)成為全球具身智能領(lǐng)域普遍面臨的問題。
值得慶幸的是，越來越多企業(yè)已經(jīng)有意識(shí)地去解決這些問題。目前全球范圍內(nèi)已有多個(gè)開源具身智能數(shù)據(jù)集，例如Open X-Embodiment數(shù)據(jù)集、ARIO（All Robots In One）具身大規(guī)模數(shù)據(jù)集等。
人形機(jī)器人行業(yè)Image Net時(shí)刻，即將到來。
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