北京亦庄人形机器人半马 11个为什么? 解读黑科技

中国人形机器人的发展超乎想像。一年前还被人类拖着完成北京亦庄半程马拉松，今年已有四成机器人实现自主导航。尽管途中仍有「仆街」，但它们自人类面前快速掠过的身影，凸显进步与失控只在一瞬间。有媒体整理出11个为什么，带你看懂机器人马拉松。

北京亦庄人形机器人半程马拉松日前在南海子公园鸣枪开跑，21.0975公里的赛道上，不再是人类运动员的专属舞台，而成为了机器人技术实力的考验场。人类有很多提问，为什么人形机器人的造形各异？为什么有的穿鞋，有的坚持高频小步前进，有的萌到像小婴儿，有的在同样弯道就摔倒被擡出场。有媒体整理出了这场马拉松的「11个为什么」，解读这些细碎差异的背后，机器人研发团队展现的黑科技，以及强大的吸金能力。

在这场人形机器人半马赛事中，由中国智能手机品牌荣耀齐天大圣队的人形机器人「闪电」，以50分26秒的成绩冲过终点线夺冠，成绩快于乌干达选手基普利莫（Jacob Kiplimo）今年3月在里斯本创下的57分20秒人类纪录。而在去年的北京人形机器人半马首届赛事中，成绩最好的机器人耗时2小时40分42秒，几乎是「闪电」今年成绩的三倍。

荣耀团队一位工程师说，「闪电」的身高约165公分，腿部长度约90公分，关节搭载了源自智能手机等消费电子产品的液冷系统，和其他约四成的参赛机器人一样都实现了自主奔跑，设计规格参照了顶尖人类运动员。

但据九派新闻「镜相工作室」报导，北京这条赛道本身也像是为机器人量身设计的一本「难题集」。全长21.0975公里，从平地到坡道，从连续弯道到狭窄路段，再到南海子公园内接近90度的急弯与下坡组合，十余种地形被串联在一起。对人类跑者来说这都不轻松，更是对机器人感知、决策与控制系统的挑战。

1.人形机器人速度、步幅差异明显，受哪些因素制约？

快思慢想研究院院长田丰表示，步幅最直接的决定因素，是关节电机的扭矩，「在控制能力还不够成熟的情况下，很多系统会主动选择更保守的小步策略」，一旦姿态有偏差，可以更快修正，整体稳定性更高。

至于步频，本质上取决于电机的响应速度和驱动能力。如果电机性能更好、驱动更强，单位时间内可以完成更多次步态循环，步频就能提高。这也和电力系统密切相关，供电能力不足或电机性能不够，就很难支撑高步频运行。

2.为什么今年完赛时间比去年大幅缩短？

田丰表示，这其实是得益于中国电动车产业链正在往机器人领域迁移，关节电机、电池这些东西在持续进步，整体性能在提升，同时国产化率也愈来愈高。

另一个很重要的点是，厂商在算法上的投入也在加大。有的机器人厂商一半的研发费用投在「小脑」和「大脑」上，也就是运控和逻辑思考，这一块其实会带来很大的价值。

3.边跑边换电池，不能把电池包扩大吗？

零零后科技创始人兼CEO张振尧表示，按目前电化学发展，一块电池很难驱动一台身高180公分的全尺寸人形机器人跑完「半马」，会有中途换电或换机器人方案。接下来的权衡是数学计算，若为避免换电把电池包增大，电机必须输出更大的扭矩来维持相同的奔跑速度，更高的电流和发热，最后又要消耗更多的电能，因而陷入了循环。

「所以堆电池容量是下下策」，张振尧说，最好的状态是，把电池的重量控制在整机重量的10%到15%，让人形机器人能以比较敏捷的步态、依靠多次换电完成比赛。今年有一个创新点是，有的队伍给机器人装上多块电池包，先更换一块电池，让备用电池供电，做到了不断电换电、系统不关机的效果。

4.为什么有的机器人穿鞋、有的不穿？

张振尧说，机器人穿不穿鞋，体现在工程学上就三个指针，地面接触模型、摩擦系数和冲击吸收。机器人每迈出一步，脚接触到地面，会产生体重两到三倍的反作用力，向上传导就会对其踝关节和膝关节造成高频冲击，非常容易发生金属疲劳和断裂，「机器人也会磨损『半月板』」，跑鞋的作用就是吸收冲击力，有效保护机器人的关节和电机。

但穿鞋也会带来两个小问题。一个是前期训练模型没有把跑鞋柔软的材料、鞋底的厚度放进去，导致机器人不知道自己穿了鞋，可能会对它的算法造成一定扰动，比如踏空，但现在的强化学习算法有很强的稳健性，给机器人穿一双跑鞋仍利大于弊。

5.参赛队伍在雨中给机器人披雨衣，防水很难？

「我认为机器人防水是一件非常困难的事情」，张振尧说，人形机器人集成了大量传感器和设备，设计之初就没有考虑到要去防水性工况下使用，它的电源接口、关节之间的连接件、甚至很多走线是完全裸露在外的，剪掉其中一根电线，就可能导致整个机器人系统的彻底瘫痪。

在当下这个阶段，给人形机器人做防水太复杂了，很多团队在机器人的关节处做了很多创新设计，让机器人跑得更高效。而且，真的做出防水机型，整机成本会比现在至少上升五倍，也不符合人形机器人的商业化落地需求。

6.人形机器人的最优体型是否存在？

张振尧表示，不同应用场景下，人形机器人会有各自更适合的体型。比如体型较小的机器人，优势在摆动幅度可以做得很高，同时重心低、稳定性好。但它的单步跨度有限，想达到较高速度，就必须依赖更高步频，这会显著增加电机负载和散热压力。

全尺寸人形机器人的优势在于可以更好地利用动力学，让腿部摆动更高效，但一旦摔倒，冲击力也更大，很可能直接对整机造成严重损伤。这类机器人对电机性能和控制算法的要求也更高，更适合工业制造、物流搬运、应急救援等场景，以及需要与人类实现1：1替代的通用任务。

7.会不会出现专为跑步优化的非标准人形结构？

张振尧表示，如果单纯从「跑得更快、更久」这个目标来看，完全复刻人类的双足直立形态，未必是最优解。不过类似思路在机器人设计中已经出现，比如去年有一款人形机器人，屁股很大，其实里面放了两个硕大的电机，相当于人类的肌肉；或采用更轻量化的材料结构，甚至去掉上半身或手臂，但这类设计更适合特定任务。

长期来看，如果目标是进入家庭、医院或通用服务场景，人形机器人仍需要在「类人」、「仿生」这个方向上收敛。目前比较流行的人形机器人体型，是身高在160到180公分、体重约50公斤的类人机器人。这是综合运动性能、能耗以及与人类生活空间适配性之后，一个相对均衡的结果。

8.今年参赛机器人遥控仍占大部分，挑战在哪里？

张振尧表示，自主导航分两方面，一是机器人要去感知外部环境，二是根据感知到的外部环境做决策。马拉松赛道和实验室环境差别非常大，最大问题是数据噪声和计算延迟，数据噪声指人形机器人奔跑产生的冲击力，不仅会损害关节等机械结构，对感知系统也是噩梦，系统会误以为自己处于一个剧烈晃动的环境，进而导致系统失效甚至干扰识别精度。

为了过滤噪声，需要给机器人加上滤波算法、搭载深度学习模型。但受制于电池容量，机器人身上搭载的边缘计算芯片算力有限，最终可能会出现感知系统和运动控制系统「抢」算力的情况。感知系统「抢」赢了，机器人可能直接「抽搐」；两个系统「打平手」，算力消耗过大，电机过热，可能整个系统会直接降频甚至瘫痪。

9.为实现全自主导航，有提出哪些解决方案？

张振尧表示，今年最大的提升在高精度全局定位系统的修正以及多系统耦合上。某个传感器失效时，可通过其他系统进行状态估计，不需要所有传感器都始终在线。另一方面，这次比赛使用了高精度RTK定位技术，相当于给机器人提供了一个来自太空的坐标系，能有效解决长距离奔跑中的累计误差问题。

从遥控到自主导航，真正的跨越在于人形机器人的决策能力，边缘计算系统已能实时生成类似栅格地图的环境模型，非常接近自动驾驶中的路径规画和决策系统。不过，目前还无法实现百分之百无人干预的全程运行，现实环境中存在大量不可预见的极端情况，比如强光直射导致传感器失效，路面积水带来的干扰等，系统仍然缺乏足够的常识和自我保护机制，可能只能通过重启来恢复奔跑的状态。

10.为什么一定要让人形机器人跑马拉松？

「马拉松本质上是一个暴露短板的过程」，田丰认为，跑马拉松不是单一能力的比拚，而是一个全产业链能力的体现，短距离更考验峰值速度、爆发力和协调性，长距离则更考验续航、热管理，以及内核零部件的耐久性和系统的长期稳定性。

在赛事中，谁做得好，说明系统更均衡，谁做得不好，就可以看到问题在哪里，再去补齐，这是一个很好的训练和筛选机制。不只是第一名值得关注，那些在比赛中摔倒的机器人，其实同样重要，因为这些失败会产生大量「负样本」数据，对系统的快速迭代和能力提升，是非常有价值的。

11.让人形机器人跑得更快重要吗？

田丰表示，跑得快这件事有一个关键指针，就是峰值速度，一般来说，实际运行速度大概是在峰值的75%到80%区间已经是一个比较理想的状态。跑得快的价值在于测试机器人的能力上限在哪里。就像在工厂里，可能不需要跑得特别快，但在搜救场景中，机器人需要和时间赛跑。不同场景，对速度的需求不一样。

「我觉得这件事还有点像奥林匹克。奥林匹克本质上是在不断挑战人的专项能力极限，而人形机器人跑马拉松也是一样，不管是手臂的负载能力，还是腿部的运动速度，都需要不断去逼近甚至突破极限。而且这个极限，未来很可能会超过人的生理边界」，田丰说。