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首場機器人半程馬拉松決出冠軍，21公里賽程考驗了哪些能力？|界面新聞 · 科技
界面新聞記者 | 李彪
界面新聞編輯 | 文姝琪
21公里，用時2個小時40分鐘，全程保持7至8公里勻速奔跑，在北京亦莊首次舉辦的人形機器人半程馬拉松比賽中，北京人形機器人創(chuàng)新中心旗下“天工機器人Ultra"贏得冠軍。
此次人形機器人半程馬拉松以亦莊南海子公園為起點，通明湖信息城為終點，總路程21.0975公里，比賽地形環(huán)境包含平地、坡道，坡道最大坡度9度，全程線路共包括6個左轉道、8個右轉道，最小轉彎角90度，考驗機器人奔跑時轉彎的平衡能力，終點前還設置了一段1.5公里的直道，考驗機器人的沖刺速度。賽事委員會賽前會為人形機器人賽隊提供線路的GPS坐標數(shù)據(jù)。
比賽共有20支隊伍?，參賽機器人包括北京人形機器人創(chuàng)新中心旗下的天工Ultra、宇樹機器人旗下的宇樹G1、眾擎機器旗下PMOI、中科慧靈、松延動力、鈦虎機器人、華中科技大學、北京科技職業(yè)大學等高校及民間組織研發(fā)設計的機器人。機器人尺寸各異，尺寸最大的天工Ultra機器人身高180厘米，體重52千克，接近一個成年人的體型。最小尺寸的“小巨人機器人”身高有75厘米，重量只有10千克。
圖：視覺中國比賽采用“人機共跑”的形式。出于安全考慮，人類馬松拉運動員被分在賽道右側，參賽機器人在左側的專用賽道內(nèi)比賽，中間以護欄隔開。按照比賽規(guī)則，包括人類領跑員在內(nèi)，每支賽隊最多可安排3名參賽選手同時進入賽道，現(xiàn)場大多數(shù)隊伍都是采用了“一名人類領跑員+一名控制員+機器人”的配置。
每臺參賽機器人必須為雙足人形，比賽過程中雙足行走或奔跑，禁用輪式結構。據(jù)組委會介紹，各參賽隊伍采用的奔跑行進技術大致有兩種：其一是通過控制器推動機器人前進；另一種則是采用了UWB定位技術，通過引導員在機器人行進路線前方給予信號，使選手完成自主通行。
7點30分，裁判員鳴槍示意比賽開始后，天工Ultra人型機器人率先起跑出發(fā)。比賽采用間隔出發(fā)，參賽機器人依次發(fā)槍起跑，每個參賽機器人出發(fā)時間間隔1-2分鐘，保證在參賽機器人間距在1米以上。
在比賽過程中，賽道內(nèi)設置多個補給站，賽隊可在補給站內(nèi)更換電池、機器人及領跑員。每支參賽隊伍都配有一名隨行裁判，全程跟隨判罰。更換機器人或更換電池需要向隨行裁判示意，獲得同意后進行換電池、更換機器人的操作。其中，換電池不停表，時間計入比賽計時，更換機器人須罰時。機器人最終的成績?yōu)楸荣愑嫊r與罰時總和。
40分鐘左右，最先出發(fā)的“天工機器人Ultra”保持每小時8至9公里速度勻速奔跑，到達5公里補給站第一次更換電池，花1分鐘50秒完成換電。
比賽過程中，隊伍后的機器人都有遇上摔倒、換電、更換機器人的情況，中途還有后出發(fā)的機器人反超了前位機器人。沿途的街道與山坡上都聚集了大量觀眾拍照、為機器人高呼加油。
2小時左右，“天工機器人Ultra"奔跑通過一段相對狹窄的直道時失去平衡摔倒。據(jù)同步直播介紹，在真實環(huán)境多種復雜路況奔跑，機器人需要具備精準調(diào)整步伐、姿態(tài)，控制好動力和制動的能力，路面寬度、地面平整度等許多原因都可能導致機器人摔倒。經(jīng)過簡單現(xiàn)場調(diào)試后，天工機器人未更換機器人重新出發(fā)。
10點14分，“天工機器人Ultra”沖線第一個到達終點，全程換電3次，未更換機器人。據(jù)工作人員現(xiàn)場接受采訪解釋，比賽中的那次摔倒因為電池顯示不準確、電池容量不足導致機器人失去平衡。
圖：視覺中國賽事的主辦方北京經(jīng)開區(qū)管委會副主任梁靚向界面新聞介紹，像馬拉松測試人的耐力極限一樣，21公里的長期測試與不間斷奔襲也是對人形機器人多項技術能力的綜合考驗，包括真實開放環(huán)境中的環(huán)境感知與運動控制、續(xù)航能力。因此，賽事規(guī)則設計的初衷是鼓勵單臺機器人不換電池跑完全程，為此組委會除了按參賽隊名次高低評定冠軍、亞軍、季軍外，另外還設置了完賽獎、最佳耐力獎、等專項獎，以鼓勵機器人堅持跑完比賽。
機器人的設計需要緊密貼合應用場景，不同場景對機器人性能有不同側重。以馬拉松為例，馬拉松賽程長，機器人關節(jié)需具備高功率密度，以提供足夠力量和耐力，保證動作穩(wěn)定輸出，承受長時間持續(xù)奔跑帶來的屈伸、身體重量和沖擊力。此外，關節(jié)持續(xù)運動產(chǎn)生大量熱，散熱能力對于機器人持續(xù)穩(wěn)定跑完全程至關重要。
記者了解到，此次參加比賽的多臺機器人最開始并不是為奔跑場景設計，許多團隊都提前花時間為備戰(zhàn)馬拉松做了專項優(yōu)化與調(diào)試。
天工機器人團隊發(fā)言人魏加靈接受界面新聞采訪介紹，身高1米8、重52公斤的“天工Ultra”因其大功率的一體化關節(jié)、低慣量腿部結構設計，在奔跑速度上極具爆發(fā)力，先天條件適應奔跑。而為了備戰(zhàn)馬拉松，團隊重點解決機器本體的可靠性和穩(wěn)定性、關節(jié)發(fā)熱等問題。機器人奔跑時，雙腳交替重踏地面，持續(xù)的沖擊和振動給機器本體帶來極大的強度和磨損。“天工Ultra”通過結構的持續(xù)優(yōu)化，找到輕量化與剛強度的平衡點，加上緩沖結構，實現(xiàn)腿足的剛柔耦合設計，最終達到長距離奔跑本體不損壞。此外，團隊通過結構的輕量化設計、關節(jié)導熱技術以及風冷散熱技術，使關節(jié)達到熱平衡，讓機器人可以長時間持續(xù)奔跑。
圖：視覺中國上海卓益德機器人創(chuàng)始人李清都在采訪中告訴記者，續(xù)航是團隊在進行機器人設計時所做的一項重要突破，機器人續(xù)航需要電機功率功率密度和電池能量密度的限制。突破這一難題后，公司的機器人可以做到連續(xù)走6個小時、奔跑4個小時不換電池。
松延動力機器人投資方、首程資本管理合伙人朱方文認為，現(xiàn)階段人形機器人供應鏈極不成熟，將現(xiàn)有的工業(yè)機器人、協(xié)作機器人的零部件應用到人形機器人上，會存在發(fā)熱、能耗高、穩(wěn)定性差等問題，這些問題無法靠單一的零部件改進解決，需要機器人本體設計在一體化關節(jié)、結構設計、算法適配上綜合改進。相比于奔跑速度或者名次，產(chǎn)業(yè)界更關注各家機器人的能耗情況、故障率、故障修復時間、故障點位、賽后機器人的損毀率等指標，借助主機廠這次在馬拉松的同臺競技，促進整個人形機器人行業(yè)的快速迭代。
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