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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(zhuǎn)道、8個右轉(zhuǎn)道，最小轉(zhuǎn)彎角90度，考驗機器人奔跑時轉(zhuǎn)彎的平衡能力，終點前還設(shè)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(biāo)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(xué)、北京科技職業(yè)大學(xué)等高校及民間組織研發(fā)設(shè)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(cè)，參賽機器人在左側(cè)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(lǐng)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(lǐng)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(jié)構(gòu)。據(jù)組委會介紹，各參賽隊伍采用的奔跑行進技術(shù)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(shù)，通過引導(dǎo)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(shè)置多個補給站，賽隊可在補給站內(nèi)更換電池、機器人及領(lǐng)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(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)計需要緊密貼合應(yīng)用場景，不同場景對機器人性能有不同側(cè)重。以馬拉松為例，馬拉松賽程長，機器人關(guān)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(guān)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(guān)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(shè)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(guān)節(jié)、低慣量腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計，在奔跑速度上極具爆發(fā)力，先天條件適應(yīng)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(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，實現(xiàn)腿足的剛?cè)狁詈显O(shè)計，最終達到長距離奔跑本體不損壞。此外，團隊通過結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計、關(guān)節(jié)導(dǎo)熱技術(shù)以及風(fēng)冷散熱技術(shù)，使關(guān)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)計在一體化關(guān)節(jié)、結(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)注各家機器人的能耗情況、故障率、故障修復(fù)時間、故障點位、賽后機器人的損毀率等指標(biāo)，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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