苏州吴江,一个身高1.74米的人形机器人正以每秒2米的速度穿过太湖苏州湾。这个机器人正在进行高强度训练,为即将在北京举行的全球首次人形机器人半马比赛做准备。在过去,机器人实验室更多关注工业生产中的精度和负载能力,以及家庭服务中的互动灵活性,而跑步技能并未受到特别重视。然而,这次比赛把机器人跑步能力推向了公众视野。比赛中,机械结构的耐用性、能源系统的效率以及算法的稳定性都将通过21公里的赛程得到全面检验。
毕竟,当不同人形机器人同台竞技时,谁能跑得更快、更稳,结果将一目了然。
苏州总部的测试现场,记者目睹了一台正在练习行走的小麦机器人。小麦身上绑着四块铁片进行负重测试,尽管它已能实现在地面弯曲膝盖行走,但遇到不平整的地砖时,步伐出现紊乱,重心偏移,被工作人员及时扶正。
就像人类学习跑步一样,机器人也需要先掌握步行技巧。魔法原子的副总裁兼研发主管陈春玉提到,当新版本的小麦机器人刚完成设计时,团队正在将其算法移植到实体设备上。在实验环境测试完成后,还需通过一系列实地测试来优化新机器人的软硬件配合。这一过程通常需要两到三个月时间。
硬件与软件的协调性决定了机器人运动的平稳性。陈春玉解释道,如果电机或舵机等部件未能正确响应控制指令,机器人可能会失去平衡。例如,若转弯时软件设定的角度与实际执行的角度不符,机器人可能偏离预期轨迹而摔倒。
相比步行,跑步对机器人提出了更高的要求,不仅是算法挑战,更是整个系统的极限测试。灵宝CASBOT的联合创始人兼运动智能中心负责人杨国栋指出,越接近人类体型的机器人,跑步越困难。因为硬件构造越复杂、自重越大,对关节的压力也成倍增加。
超长距离的马拉松几乎是机器人硬件的一次极限挑战。从重量到关节扭矩的关系可以看出,跑步对膝关节和踝关节的压力极大。“机身越重,关节所需承受的扭矩呈指数级上升。”杨国栋补充说,市面上大多数双足人形机器人分为两种类型:一种较矮小,约1.3米高,重35公斤左右;另一种则接近成年人尺寸,如灵宝的CASBOT 01和魔法原子的小麦,高度超过1.7米,重量接近60公斤。
长时间跑步不仅考验电机的持续输出能力,还对散热系统提出严格要求。一旦散热不足,电机可能因过热而损坏。此外,长期高强度工作还会加速零部件的老化,缩短使用寿命。杨国栋表示,灵宝正在研究一种更轻便的设计方案,以适应更多应用场景。
马拉松背后隐藏着技术和市场的激烈竞争。据一位与赛事主办方接触过的机器人企业高管透露,本次半马比赛的具体规则仍在商讨中,可能采用限时模式,即要求机器人在三小时内尽可能跑远。最终评分将结合完赛时间和机器人更换频率综合评定,每次更换机器人将额外扣10分钟。
“我们更倾向采用换电池的方式。”陈春玉称,根据现有训练情况,小麦完成21公里的比赛预计需更换两次电池。正常步行状态下,小麦可以维持四个小时,但跑步的能量消耗更大,按照2米/秒的速度计算,跑完全程至少需要三小时以上。
坚持不更换机器人,是为了验证产品可靠性。杨国栋认为,现阶段机器人展示跑步视频并不罕见。他进一步说明,机器人运动控制可分为三个阶段:首先是单个动作的学习,比如走路或跑步;其次是多动作组合,如舞蹈,需要身体多个部位协同完成;最后是全身长时间的复杂运动控制,需在具体场景中满足多样化任务需求。
实际上,如果比赛提前一年举行,参赛机器人数量可能不多。陈春玉提到,近一年来,国内技术重点转向强化学习,这大大降低了运动控制的技术门槛。与传统方法相比,强化学习无需依赖复杂的物理建模,而是让机器人通过反复试错自主寻找最佳策略。
科技部专家周迪指出,21公里的赛程对机器人而言相当苛刻。在实际应用中,诸如末端操作、智能决策等能力往往比跑步更重要。但对于机器人制造商来说,参与这样的赛事并非单纯为了吸引眼球,而是提供了一个直观比较产品性能的机会,这对吸引投资和开拓市场具有重要意义。
深圳某家机器人企业的代表坦言,由于资源限制,公司暂时难以参与此类活动。对人形机器人而言,赢得比赛并非关键,更重要的是通过比赛展现真实性能,推动其进入更多实用领域。