4 月 19 日，全球首個(gè)人形機(jī)器人半程馬拉松在北京亦莊成功舉辦。來自北京、上海、廣東、寧夏等地的 20 家機(jī)器人團(tuán)隊(duì)參與了比賽，最終天工機(jī)器人以“全程用時(shí)約 2 小時(shí) 40 分”的成績奪得冠軍。
此次奪冠的天工 Ultra 高約 180cm，重約 55kg，體型上接近成年男子。機(jī)器人為啥要做得和人一樣高？為什么讓機(jī)器人跑馬拉松？這場已經(jīng)謝幕的人形機(jī)器人馬拉松比賽，值得我們更多的思考。
我們采訪了天工團(tuán)隊(duì)的技術(shù)人員，跟著他們一起揭開這個(gè)挑戰(zhàn)背后的秘密，看一看機(jī)器人在跑馬拉松中究竟要突破哪些技術(shù)瓶頸？又是怎么克服種種難題的。
天工 Ultra 在跑步中，攝/丁崝
人形機(jī)器人跑半馬，對(duì)硬件的挑戰(zhàn)有多大？
要讓一個(gè)機(jī)器人跑半馬，遠(yuǎn)不是“裝兩條腿”那么簡單。
從起跑到?jīng)_線，機(jī)器人不僅要完成每一個(gè)精密的動(dòng)作，還要同時(shí)應(yīng)對(duì)電量告急、電機(jī)過熱、路面顛簸等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
首先，這場超過 21 公里的比賽，人形機(jī)器人需要完成約 25 萬次精密的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)要足夠結(jié)實(shí)耐久，才能支撐機(jī)器人穩(wěn)定奔跑。
像天工 Ultra 這樣個(gè)子高、體重大，慣性大的機(jī)器人，控制起來就更難，尤其是在奔跑時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)都得協(xié)同精準(zhǔn)發(fā)力，才能保持穩(wěn)定。
電池續(xù)航同樣是一道難關(guān)。人類跑步靠喝水補(bǔ)能，機(jī)器人全靠電池支撐比賽全程。
郭宜劼提到：“天工機(jī)器人的一塊電池大約能跑 6 公里，這次比賽總共換了 3 次電池，分別在 5 公里、10 公里和 16 公里。”其中一次摔倒就是因?yàn)殡娏坎蛔恪?/p>
此外，長時(shí)間運(yùn)行中，還可能因電池過熱或能量管理不當(dāng)引發(fā)機(jī)械部件異常。
讓機(jī)器人“跑得動(dòng)”，更要“跑得久”，這背后不僅是技術(shù)難題，更是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的考驗(yàn)。天工機(jī)器人 CEO 熊友軍在接受媒體采訪時(shí)表示：“這是里程碑意義的工作，非常高興。這僅僅展示了天工機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力的很小一部分，后面還將看到更多創(chuàng)新技術(shù)和應(yīng)用的落地。”
人形機(jī)器人學(xué)跑步，到底有多難？
奔跑過程中，機(jī)器人需要協(xié)調(diào)各個(gè)部件的動(dòng)作，精確掌控身體的平衡。
尤其是在面對(duì)復(fù)雜的地形，比如陡坡、急轉(zhuǎn)彎或者不平整的路面時(shí)，機(jī)器人必須動(dòng)態(tài)調(diào)整步伐、步頻和腳步著地點(diǎn)，以應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化，避免摔倒或失去平衡。
這背后，是一整套從學(xué)習(xí)到實(shí)踐的訓(xùn)練流程。可以說，跑馬拉松是一次對(duì)人形機(jī)器人“真實(shí)能力”的考驗(yàn)。每一個(gè)動(dòng)作、每一次判斷，都是對(duì)“機(jī)器人能否真正適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界”的測試。
那么，機(jī)器人是怎么學(xué)會(huì)跑步的呢？簡單來說，機(jī)器人得先“看會(huì)”，再“練會(huì)”，最后“真跑起來”。
“我們采用的是‘強(qiáng)化模仿學(xué)習(xí)’的方法，讓機(jī)器人在仿真環(huán)境中自主訓(xùn)練，學(xué)會(huì)如何穩(wěn)定地奔跑”。郭宜劼介紹說。
“在虛擬訓(xùn)練過程中，機(jī)器人不僅要反復(fù)練習(xí)各種動(dòng)作，還要適應(yīng)不同復(fù)雜地形的挑戰(zhàn)，并不斷優(yōu)化自己的運(yùn)動(dòng)策略。與此同時(shí)，我們也設(shè)計(jì)了對(duì)自身狀態(tài)和外部環(huán)境的實(shí)時(shí)感知模塊，使它能夠準(zhǔn)確判斷地形起伏、路面變化，以及自身的姿態(tài)是否穩(wěn)定。這整套訓(xùn)練框架，就是為了讓機(jī)器人在真實(shí)世界中也能穩(wěn)定、持續(xù)地跑起來。”
具體來說：
第一步是模仿。研究人員通過動(dòng)作捕捉設(shè)備記錄人類跑步時(shí)的身體姿態(tài)，比如步伐節(jié)奏、手怎么擺、身體怎么傾斜，然后把這些動(dòng)作教給機(jī)器人，就像教小孩學(xué)走路那樣，先照著樣子來。
第二步是強(qiáng)化訓(xùn)練。不過不是直接讓機(jī)器人去外面跑，而是先在虛擬環(huán)境里“練”。研究人員會(huì)在虛擬平臺(tái)讓機(jī)器人跑個(gè)上百遍上千遍，把動(dòng)作“練熟”。
第三步是真實(shí)上場測試。機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中訓(xùn)練跑步，如果摔倒了就站起來重新學(xué)，一邊摔倒，一邊反復(fù)修正動(dòng)作、適應(yīng)環(huán)境，最終才能穩(wěn)定地“真跑起來”。
機(jī)器人為什么要努力向人類靠攏？
很多人不理解為什么機(jī)器人要做得“人模人樣”，身高體型要向人類看齊不說，還要參加跑馬拉松這種人類的比賽，還要學(xué)著人的動(dòng)作跑步。
除了“炫技”，這些還有什么用？
就如前文所說，機(jī)器人做成人那樣的體型，需要克服更多困難，那為什么還要這樣呢？
郭宜劼表示，人形機(jī)器人未來將用于家庭服務(wù)等真實(shí)場景，只有接近成人尺寸，才能使用人類工具、適應(yīng)人類環(huán)境，也更有助于完成復(fù)雜任務(wù)。
有些朋友可能會(huì)問，那讓機(jī)器人好好在家干活不就行了，為什么要跑馬拉松呢？其實(shí)在人形機(jī)器人研究者眼中，馬拉松是一種“極限驗(yàn)證”場景，能全方位檢驗(yàn)機(jī)器人是否具備“長期、穩(wěn)定地在真實(shí)環(huán)境中移動(dòng)”的最基礎(chǔ)、最核心的能力。
這正是當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域關(guān)注的“具身智能”發(fā)展方向：既要有感知和決策能力，還要能真正動(dòng)起來、適應(yīng)復(fù)雜的世界。
很多人看到比賽現(xiàn)場視頻時(shí)還會(huì)好奇：天工 Ultra 機(jī)器人跑步時(shí)為什么要像人一樣大幅度地?cái)[臂？是不是只是為了看起來“像人”？對(duì)一個(gè)機(jī)器人來說，這動(dòng)作真有用嗎？
天工 Ultra 擺臂，攝/丁崝
天工隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人郭宜劼解釋道，這種大幅擺臂的動(dòng)作不僅僅是模仿人類的自然跑姿，更關(guān)鍵的是它對(duì)保持奔跑時(shí)的身體平衡起到了重要作用。
而且這種擺臂姿勢耗電很小，不會(huì)對(duì)整體續(xù)航造成太大負(fù)擔(dān)。模仿人的動(dòng)作，不只是“像”，更是“實(shí)用”。
正如郭宜劼所說，機(jī)器人馬拉松不是為了比賽為了速度，而是為了將來能真正投入日常生活實(shí)際應(yīng)用中。
身高與人相仿的機(jī)器人可以操作真實(shí)人類工具，對(duì)電力線路、設(shè)備進(jìn)行貼近檢測，這是小型機(jī)器人無法替代的能力。
人形機(jī)器人的價(jià)值，不是看它能跑多快，而是看它能不能穩(wěn)定地走下去，應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境，完成真實(shí)任務(wù)。
根據(jù)《2025 人形機(jī)器人與具身智能產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》顯示，2025 年中國人形機(jī)器人市場規(guī)模將達(dá) 82.39 億元，占全球一半；具身智能相關(guān)市場規(guī)模也將突破 52 億元。
“跑”只是開始。未來，人形機(jī)器人不僅要能跑、能走，還要會(huì)“用手”，能搬運(yùn)、能操作、能協(xié)作。
郭宜劼透露，未來將會(huì)對(duì)天工的具身智能、大小腦等關(guān)鍵模塊進(jìn)行開源，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)共同進(jìn)步。未來的人形機(jī)器人，可能不只是實(shí)驗(yàn)室里的技術(shù)模型，而是真正能走進(jìn)戶外、走進(jìn)家庭。
策劃制作
作者丨王夢如、丁崝、林林
審核丨于乃功 北京工業(yè)大學(xué)教授
策劃丨王夢如
責(zé)編丨林林、丁崝
審校丨徐來、林林
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