2時40分42秒，隨著“天工”完成沖線，人形機器人半程馬拉松的首個世界紀(jì)錄正式誕生。

作為機器人行業(yè)復(fù)雜度最高、通用性最強的細(xì)分領(lǐng)域，走出實驗室在真實室外環(huán)境長時間完成任務(wù)，是對人形機器人穩(wěn)定性、泛化性與魯棒性的極大考驗。在比賽籌備過程中，北京人形機器人創(chuàng)新中心的“天工”在硬件本體和具身智能算法雙端都實現(xiàn)了大量突破。

▍本體革新，破解全尺寸機器人的物理桎梏

參賽機器人“天工”身高約180cm，體重約55KG，是與成年人體型一致的全尺寸機器人。對人形機器人來說，身高體重的增加，意味著結(jié)構(gòu)剛度、整機散熱、具身大小腦算法等核心技術(shù)難度隨之呈指數(shù)級增長。以“全尺寸”構(gòu)型完賽，意味著人形機器人在技術(shù)領(lǐng)域跨越了巨大鴻溝。

在硬件端，“天工”研發(fā)團隊在關(guān)節(jié)及整機散熱、緩沖設(shè)計、輕量化、能源系統(tǒng)等方面進行了大量優(yōu)化設(shè)計與結(jié)構(gòu)突破。

面對超長距離和超長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)散熱是人形機器人要面臨的最大難關(guān)。在有限的體積內(nèi)確保大扭矩輸出的同時，控制電驅(qū)關(guān)節(jié)不因過熱而影響性能，在相當(dāng)長時間內(nèi)成為了制約電驅(qū)人形機器人發(fā)展的“不可能三角”。為解決該問題，“天工”采用多種方式改進，槽滿率提升20%以上，繞組端部體積減少30%，使相同功率下電機銅損降低15%-20%，從源頭減少熱源產(chǎn)生。同時基于整機熱仿真模擬計算，得出最優(yōu)散熱風(fēng)道，通過定向氣流將關(guān)節(jié)熱量導(dǎo)向主散熱區(qū)，以優(yōu)化整機散熱性能，實現(xiàn)長距離奔跑熱平衡。實驗數(shù)據(jù)顯示，該設(shè)計使關(guān)鍵關(guān)節(jié)在持續(xù)奔跑時溫度穩(wěn)定在70℃以下，確保電機扭矩輸出不因過熱而造成衰減。

最終比賽結(jié)果證明，天工所搭載的國產(chǎn)關(guān)節(jié)經(jīng)受住了超長奔跑距離的嚴(yán)苛考驗，在穩(wěn)定性與耐久性上均表現(xiàn)優(yōu)異。作為人形機器人最重要的零部件，可滿足工業(yè)、特種作業(yè)領(lǐng)域超長時間作業(yè)要求的一體化關(guān)節(jié)實現(xiàn)自主可控，對人形機器人的產(chǎn)業(yè)化落地意義重大。

以人類姿態(tài)完成高速奔跑，意味著“天工”的每一步都需要超百斤的身體騰空后單腳落地、重踏地面完成發(fā)力，巨大的沖擊對需要數(shù)千個零部件精密運轉(zhuǎn)的人形機器人來說是巨大的考驗。為此，“天工”腿部連桿進行了剛?cè)狁詈显O(shè)計，在腳步與地面接觸時產(chǎn)生彈性形變，從而具備與人類跟腱相似的儲能特性，降低峰值沖擊力，減少奔跑對各部件的剛性沖擊，同時以彈性勢能回饋輔助邁步動作，從而極大提升了人形機器人應(yīng)對長距離、長時間作業(yè)的穩(wěn)定性與可靠性。

除此之外，為進一步降低大體重奔跑帶來的沖擊力，在維持全尺寸本體的結(jié)構(gòu)強度的同時盡可能輕量化，也是當(dāng)前人形機器人必須解決的一組矛盾。北京人形機器人團隊采用拓?fù)鋬?yōu)化對“天工”機器人進行整機系統(tǒng)性輕量化設(shè)計，對腿部連桿等多處承力結(jié)構(gòu)進行材料分布優(yōu)化，在保持結(jié)構(gòu)性能的前提下顯著減重，以提高運動能效和結(jié)構(gòu)可靠性。

在整機的姿態(tài)構(gòu)型上，“天工”采用了上移腿部元器件和零部件的策略，將電機等核心驅(qū)動件向髖部集中。這一設(shè)計借鑒了生物力學(xué)中“近端質(zhì)量集中”原則，通過減小腿部轉(zhuǎn)動慣量，顯著提升了擺動腿的角加速度。根據(jù)動力學(xué)仿真，該優(yōu)化縮短了單步周期，更符合高速奔跑時對人形機器人腿部快速擺動的要求。同時，上移策略降低了“天工”的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動負(fù)載，避免了傳統(tǒng)設(shè)計中因遠(yuǎn)端質(zhì)量過大導(dǎo)致的扭矩冗余問題，使21公里長距離奔跑的能耗分布更為合理。

為應(yīng)對馬拉松等超長作業(yè)任務(wù)，研發(fā)團隊在“天工”的背腔集成了卡扣復(fù)合式快換電池倉，單個電池模塊可在120秒內(nèi)快速完成電池更換，配合智能化能源管理系統(tǒng)，可支持“天工”以競賽級配速持續(xù)奔跑，有效應(yīng)對長程比賽的能源消耗。

在賽后展區(qū)，全新一代“天工2.0”亮相現(xiàn)場。相較于上一代機型，“天工2.0”從本體硬件、作業(yè)性能到操作應(yīng)用等多方面迎來全新升級。本體硬件上，“天工2.0”具備高精度、大扭矩特點，顯著提升運動性能以及復(fù)雜場景的適應(yīng)性；性能表現(xiàn)上，“天工2.0”搭載雙電池快換電系統(tǒng)，突破帶電設(shè)備電池?zé)岵灏螕Q電，實現(xiàn)了首個工業(yè)級機器人永續(xù)作業(yè)能力，配合多工況能耗控制技術(shù)，具備遠(yuǎn)超前代的續(xù)航能力。同時，“天工2.0”具備工業(yè)級上肢負(fù)載能力和全自由度靈活下肢系統(tǒng)，為復(fù)雜場景作業(yè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

▍大小腦協(xié)同，自主能力全域進化

由戶外真實道路構(gòu)成的跑道，意味著參賽的人形機器人們不再擁有實驗室內(nèi)的“溫室環(huán)境”，必須有能力應(yīng)對彎道、斜坡、溝坎、減速帶和隨時可能出現(xiàn)的突發(fā)障礙。因此在軟件端，研發(fā)團隊基于具身智能平臺“慧思開物”的具身小腦與具身大腦，讓“天工”不僅能夠高速奔跑，還同時兼具強大的泛化性與魯棒性。

具身小腦負(fù)責(zé)運動協(xié)調(diào)與實時反饋控制，是人形機器人具備動作完成能力與環(huán)境適應(yīng)能力的核心技術(shù)模塊。對于“天工”這樣重心高、體重大的全尺寸人形機器人，能克服不穩(wěn)定雙足結(jié)構(gòu)的具身小腦算法，是進行高動態(tài)、連續(xù)長時間奔跑的關(guān)鍵。基于通用具身智能平臺“慧思開物”，研發(fā)團隊通過引入一段時序的本體歷史狀態(tài)信息形成短時記憶，使得機器人能夠通過準(zhǔn)確觀測本體狀態(tài)信息實現(xiàn)對難以準(zhǔn)確觀測的狀態(tài)信息的估計和預(yù)測，結(jié)合反復(fù)迭代的強化學(xué)習(xí)仿真訓(xùn)練，使機器人擁有了近乎本能的平衡控制能力和強大的抗干擾能力，能夠抵抗高達45Ns沖量的外部沖擊，在雪地等復(fù)雜地形被外力拖拽也能自動保持平衡。同時在仿真訓(xùn)練中增加外力干擾、域隨機化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高仿真到實機遷移成功率。對于復(fù)雜多變的外部環(huán)境，該技術(shù)通過提取外部傳感器的深度圖和點云信息，進行高維空間表征，基于強化學(xué)習(xí)，使機器人理解表征的環(huán)境信息，并學(xué)會應(yīng)對多種復(fù)雜地形時靈活的調(diào)整步態(tài)和速度，達到接近人類的地形通過水平。

針對真實道路的突起、凹陷、減速帶、細(xì)小石子等隨機干擾，研發(fā)團隊還在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)空間中引入期望速度和期望落腳點規(guī)劃的雙重控制指令，通過課程學(xué)習(xí)和獎勵機制重塑，使機器人在行走過程中保證高動態(tài)地形通過性，同時在關(guān)鍵路徑點轉(zhuǎn)換機器人行走注意力，保證了準(zhǔn)確落腳點位置跟蹤，從而兼顧了平穩(wěn)通過能力和準(zhǔn)確定位能力。

根據(jù)比賽規(guī)則，參賽隊可選擇遙控器人工操控和機器人控制兩種方式完成比賽。此次比賽中，“天工”采用無線領(lǐng)航技術(shù)完成跟隨導(dǎo)航和長程路徑規(guī)劃，也是唯一不使用人工遙控的參賽機器人。通過UWB傳感器實現(xiàn)對領(lǐng)航員的穩(wěn)定定位和跟蹤，跟蹤速度精度誤差小于0.1m/秒，跟蹤姿態(tài)誤差小于3度，從而實現(xiàn)了自主完成比賽。

此外，通過具備基于SLAM構(gòu)建的3D環(huán)境語義地圖和對動態(tài)障礙物的實時感知能力，結(jié)合具身“大腦”的決策能力，判讀機器人的可通行空間和最優(yōu)的通行路線，完成全局路徑規(guī)劃，讓“天工”還可精準(zhǔn)檢測靜態(tài)與動態(tài)障礙物，并預(yù)測其運動趨勢，結(jié)合障礙物的三維位置與時序信息，動態(tài)生成安全避障路徑，保障機器人在復(fù)雜環(huán)境中的安全通行。

▍從競技到應(yīng)用，走向人機共生的新紀(jì)元

當(dāng)"天工"沖過半馬終點線的瞬間，這場持續(xù)21公里的極限測試已悄然為具身智能產(chǎn)業(yè)突破了三重邊界：技術(shù)上驗證了全尺寸人形機器人連續(xù)作業(yè)的可行性，產(chǎn)業(yè)端探索了通用機器人走出實驗室的工程化路徑，更在認(rèn)知層面改寫了人類對機器人運動能力的想象。

這場特殊的馬拉松，本質(zhì)上是將人形機器人研發(fā)置于最嚴(yán)苛的真實場景熔爐，用持續(xù)數(shù)小時的動態(tài)平衡測試倒逼底層技術(shù)的系統(tǒng)性突破。

這些突破正在轉(zhuǎn)化為未來應(yīng)用的可能性——從工業(yè)對嚴(yán)苛環(huán)境下長期作業(yè)能力的需求，到特種作業(yè)對穩(wěn)定通過復(fù)雜地形的苛刻剛需，人形機器人的科技樹正在千行百業(yè)快速生長。

正如馬拉松賽事推動著人類不斷突破生理極限，這場屬于具身智能的極限測試，指向著人機共生的新紀(jì)元，每一個家庭、每一條產(chǎn)線、每一個人類所需之地，都可以有機器人助手們不知疲倦的身影。