電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）北京時間4月19日7時30分，北京亦莊半程馬拉松暨人形機器人半程馬拉松在南海子公園南門開跑，這也是全球全球首個人形機器人半程馬拉松，共有20支人形機器人賽隊參賽，涵蓋北京、上海、江蘇、廣東等地的企業(yè)、高校及科研機構(gòu)。

經(jīng)過激烈的角逐，來自北京亦莊的“天工Ultra”以2時40分42秒的成績沖線，奪得全球首個人形機器人半程馬拉松賽事桂冠。另外，亞軍“小頑童”和季軍“旋風小子”都來自松延動力團隊，該戰(zhàn)隊來自北京昌平。

“天工Ultra”用時2小時40分鐘

針對當前人形機器人發(fā)展的具體情況，這次人形機器人半程馬拉松比賽為了保證公平公正，有一些專門的條例。比如，組委會允許機器人在中途更換電池，但更換時間會被記錄在總成績內(nèi)；若機器人出現(xiàn)故障，隊伍可在規(guī)定區(qū)域進行維修，但維修時長同樣會計入比賽用時。

最終，“天工Ultra”人形機器人以2小時40分鐘的成績奪得了第一名。天工Ultra是由北京人形機器人創(chuàng)新中心研發(fā)的人形機器人，系該機構(gòu)去年4月發(fā)布的全國首個通用機器人平臺“天工”迭代升級版，其身高 180cm、體重 52kg，能在斜坡、樓梯、草地、碎石、沙地等多種地形平穩(wěn)移動，具備帶有視覺感知的泛化移動能力，能輕松應對溝壑、大高度差等復雜地形，并擁有強大的抗干擾能力，受外力沖擊依然能保持穩(wěn)態(tài)。

“天工Ultra”實測平均時速可達10km/h，最高奔跑速度已提升至全球領(lǐng)先的12km/h。“天工Ultra”人形機器人項目負責人表示，“為參加馬拉松，我們需要本體、運控、具身智能等各部門的工程師和研發(fā)人員一起協(xié)同攻關(guān)。”“過程中，我們除了在室內(nèi)和仿真環(huán)境中測試，還要去戶外實測，以保障‘天工Ultra’能在競賽中取得好成績。”在此前的實地適應性測試中，“天工Ultra”一共用2小時52分鐘跑完半馬全程，還順利完成了一次5公里彩排。這一次半馬比賽，“天工Ultra”不僅刷新了自己的“個人最好成績”，也獲得了冠軍。

對于“天工Ultra”奪冠，天工隊發(fā)言人魏嘉星說：“為在此次馬拉松中取得優(yōu)異成績，我們攻克了本體的穩(wěn)定性、輕量化設計、關(guān)節(jié)長時間運動易發(fā)熱等硬件難題，還通過優(yōu)化運動控制算法進一步增強了關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運動能力、步態(tài)協(xié)調(diào)能力和復雜地形通過能力等。參賽過程中‘天工Ultra’的配速為7-8千米/時。”

人形機器人仍存在一些核心挑戰(zhàn)

不過，從整個賽程來看，即便是這一次奪冠的“天工Ultra”依然暴露出一些人形機器人發(fā)展的共性問題。

在比賽過程中，為了能夠保證機器人順利完賽，“天工Ultra”使用電池快換技術(shù)，實現(xiàn)長時間作業(yè)的續(xù)航能力。根據(jù)半馬排位賽上的測試成績，“天工Ultra”一公里的時間是7分鐘整，電量消耗為16%。從賽程規(guī)則和具體進程來看，目前所有機器人的續(xù)航能力都無法應付一場半馬，而這些還是專門優(yōu)化過的人形機器人，在電池續(xù)航、低功耗和整體重量方面進行了調(diào)優(yōu)。出于成本的考慮，現(xiàn)階段的人形機器人如果想長時間工作，幾乎還是需要依賴限制活動半徑的電纜。

而人形機器人的續(xù)航挑戰(zhàn)是制約其商業(yè)化落地的核心瓶頸。從當前的情況來看，人形機器人的仿生結(jié)構(gòu)導致其能耗遠超傳統(tǒng)輪式或四足機器人。Figure AI公司發(fā)布的Figure 02人形機器人搭載2.25 KWh（千瓦時）的電池組，一次充電可以運行5小時，這已經(jīng)是行業(yè)領(lǐng)先的水平。根據(jù)TrendForce此前的調(diào)研，當下人形機器人續(xù)航時間在2到6個小時之間，需要至少1小時的充電時間。電池快換技術(shù)是一種折中的比賽方案，在家居、服務等場景里難以落地。

而從目前人形機器人的結(jié)構(gòu)來看，耗電單元數(shù)量優(yōu)化的空間是比較小的，算力系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)是主要的耗電單元。人形機器人通常需要 40-60 個關(guān)節(jié)電機，每個電機在動態(tài)運動時的峰值功率可達數(shù)千瓦，例如搬運重物時單腿電機瞬時功率可能超過 10kW。因此，從功能單元來看，最現(xiàn)實的優(yōu)化路徑是低功耗技術(shù)，也就是持續(xù)降低處理器、控制器和驅(qū)動器的功耗水平。

當然，另一個比較有效的方式是優(yōu)化電池。中國信通院在其發(fā)布的《人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2024年）》中指出，目前人形機器人主要的電池方案是鋰離子電池，但其在能量密度、循環(huán)壽命等方面仍無法滿足未來人形機器人長時間、高負荷工作的要求，研發(fā)高能量密度電池技術(shù)是未來的大方向。

當前，針對人形機器人的電池革命正在進行中，有很多積極的進展。比如，廣汽 GoMate 搭載全固態(tài)電池后續(xù)航達 6 小時，相比傳統(tǒng)鋰電池提升 3 倍，同時寧德時代、億緯鋰能等企業(yè)計劃 2026 年實現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)，能量密度目標達 400Wh/kg，可顯著提升人形機器人的續(xù)航水平；豐田正在研發(fā)氫燃料電池人形機器人，理論續(xù)航可達 12 小時，但氫燃料儲存和加注基礎設施尚未完善。

除了續(xù)航，我們還需要注意到人形機器人結(jié)構(gòu)件在長時間高強度運轉(zhuǎn)之后的穩(wěn)定性表現(xiàn)。在北京亦莊人形機器人半程馬拉松上，有機器人在跑步的過程中掉了頭，有機器人隨著比賽進程的深入變得步履蹣跚。這些問題都和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相關(guān)。

以驅(qū)動電機來說，電機在高頻次、高負載運動中持續(xù)發(fā)熱，若散熱不足會導致繞組絕緣老化、永磁體退磁，進而引發(fā)扭矩衰減或控制失準。電機驅(qū)動系統(tǒng)里的編碼器等位置傳感器，在長時間的作業(yè)過程中，可能會因安裝誤差、長期振動導致的基準偏移，或機械結(jié)構(gòu)松弛，會使關(guān)節(jié)實際位置與控制指令不符，引發(fā)步態(tài)失穩(wěn)。

再看一下關(guān)機方面，在行走、跳躍等動態(tài)運動中，關(guān)節(jié)需要承受交變載荷，導致關(guān)節(jié)連接件易發(fā)生疲勞裂紋，尤其在輕量化設計，應力集中的問題是較為顯著的。還有關(guān)節(jié)潤滑脂在長期運動中會因溫升、粉塵污染或密封失效而流失，導致摩擦系數(shù)增大，加劇部件磨損，同時產(chǎn)生額外功耗和振動噪聲。另外，齒輪箱的齒面磨損、軸承游隙增大，會導致傳動間隙累積，使關(guān)節(jié)運動精度下降，引發(fā)振動或步態(tài)失衡。

這些問題實際上在此次人形機器人半程馬拉松上都暴露了出來，這也是仿生型人形機器人目前面臨的主要挑戰(zhàn)之一。人形機器人的長期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要從部件可靠性、系統(tǒng)控制、材料創(chuàng)新、智能運維四個維度協(xié)同突破，此次“天工Ultra”針對馬拉松場景的優(yōu)化就比較成功，但要在泛化場景中有著穩(wěn)定的表現(xiàn)，還需要針對性優(yōu)化和自適應算法相結(jié)合，進而讓人形機器人在通用場景里都有穩(wěn)定表現(xiàn)。

結(jié)語

北京亦莊人形機器人半程馬拉松的鳴槍與完賽，是全球人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一座里程碑。當 “天工 Ultra” 以優(yōu)化后的步態(tài)跨越終點，我們看到了具身智能從實驗室走向真實場景的扎實進步。不過，我們也不能忽視人形機器人存在的續(xù)航短、能耗高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足等核心瓶頸，隨著技術(shù)進步，相信這些難關(guān)都會被克服，人形機器人必將邁向家庭服務、工業(yè)協(xié)作、公共安全等更廣闊的應用天地。