2时40分！全球首个人形机器人半马冠军诞生，惊喜背后暴露两大痛点

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）北京时间4月19日7时30分，北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松在南海子公园南门开跑，这也是全球全球首个人形机器人半程马拉松，共有20支人形机器人赛队参赛，涵盖北京、上海、江苏、广东等地的企业、高校及科研机构。

经过激烈的角逐，来自北京亦庄的“天工Ultra”以2时40分42秒的成绩冲线，夺得全球首个人形机器人半程马拉松赛事桂冠。另外，亚军“小顽童”和季军“旋风小子”都来自松延动力团队，该战队来自北京昌平。

“天工Ultra”用时2小时40分钟

针对当前人形机器人发展的具体情况，这次人形机器人半程马拉松比赛为了保证公平公正，有一些专门的条例。比如，组委会允许机器人在中途更换电池，但更换时间会被记录在总成绩内；若机器人出现故障，队伍可在规定区域进行维修，但维修时长同样会计入比赛用时。

最终，“天工Ultra”人形机器人以2小时40分钟的成绩夺得了第一名。天工Ultra是由北京人形机器人创新中心研发的人形机器人，系该机构去年4月发布的全国首个通用机器人平台“天工”迭代升级版，其身高 180cm、体重 52kg，能在斜坡、楼梯、草地、碎石、沙地等多种地形平稳移动，具备带有视觉感知的泛化移动能力，能轻松应对沟壑、大高度差等复杂地形，并拥有强大的抗干扰能力，受外力冲击依然能保持稳态。

“天工Ultra”实测平均时速可达10km/h，最高奔跑速度已提升至全球领先的12km/h。“天工Ultra”人形机器人项目负责人表示，“为参加马拉松，我们需要本体、运控、具身智能等各部门的工程师和研发人员一起协同攻关。”“过程中，我们除了(le)在(zài)室(shì)内(nèi)和(hé)仿(fǎng)真(zhēn)环(huán)境(jìng)中(zhōng)测(cè)试(shì)，还(hái)要(yào)去(qù)户(hù)外(wài)实(shí)测(cè)，以(yǐ)保(bǎo)障(zhàng)‘天(tiān)工(gōng)Ultra’能(néng)在(zài)竞(jìng)赛(sài)中(zhōng)取(qǔ)得(de)好(hǎo)成(chéng)绩(jī)。”在(zài)此(cǐ)前(qián)的(de)实(shí)地(de)适(shì)应(yīng)性(xìng)测(cè)试(shì)中(zhōng)，“天(tiān)工(gōng)Ultra”一(yī)共(gòng)用(yòng)2小(xiǎo)时(shí)52分(fēn)钟(zhōng)跑(pǎo)完(wán)半(bàn)马(mǎ)全程(chéng)，还(hái)顺(shùn)利(lì)完(wán)成(chéng)了(le)一(yī)次(cì)5公(gōng)里(lǐ)彩(cǎi)排(pái)。这(zhè)一(yī)次(cì)半(bàn)马(mǎ)比(bǐ)赛(sài)，“天(tiān)工(gōng)Ultra”不(bù)仅(jǐn)刷(shuā)新(xīn)了(le)自(zì)己(jǐ)的(de)“个(gè)人(rén)最(zuì)好(hǎo)成(chéng)绩(jī)”，也(yě)获(huò)得(de)了(le)冠(guān)军(jūn)。

对(duì)于(yú)“天(tiān)工(gōng)Ultra”夺(duó)冠(guān)，天(tiān)工(gōng)队(duì)发(fā)言(yán)人(rén)魏(wèi)嘉(jiā)星(xīng)说(shuō)：“为(wèi)在(zài)此(cǐ)次(cì)马(mǎ)拉(lā)松(sōng)中(zhōng)取(qǔ)得(de)优(yōu)异(yì)成(chéng)绩(jī)，我(wǒ)们(men)攻(gōng)克(kè)了(le)本(běn)体(tǐ)的(de)稳(wěn)定(dìng)性(xìng)、轻(qīng)量(liàng)化(huà)设(shè)计(jì)、关节(jié)长(zhǎng)时(shí)间(jiān)运(yùn)动(dòng)易(yì)发(fā)热(rè)等(děng)硬(yìng)件(jiàn)难(nán)题(tí)，还(hái)通(tōng)过(guò)优(yōu)化(huà)运(yùn)动(dòng)控(kòng)制(zhì)算(suàn)法(fǎ)进(jìn)一(yī)步(bù)增(zēng)强(qiáng)了(le)关节(jié)协(xié)调(diào)运(yùn)动(dòng)能(néng)力(lì)、步(bù)态(tài)协(xié)调(diào)能(néng)力(lì)和(hé)复(fù)杂(zá)地(de)形(xíng)通(tōng)过(guò)能(néng)力(lì)等(děng)。参(cān)赛(sài)过(guò)程(chéng)中(zhōng)‘天(tiān)工(gōng)Ultra’的(de)配(pèi)速(sù)为(wèi)7-8千(qiān)米(mǐ)/时(shí)。”

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而人形机器人的续航挑战是制约其商业化落地的核心瓶颈。从当前的情况来看，人形机器人的仿生结构导致其能耗远超传统轮式或四足机器人。Figure AI公司发布的Figure 02人形机器人搭载2.25 KWh（千瓦时）的电池组，一次充电可以运行5小时，这已经是行业领先的水平。根据TrendForce此前的调研，当下人形机器人续航时间在2到6个小时之间，需要至少1小时的充电时间。电池快换技术是一种折中的比赛方案，在家居、服务等场景里难以落地。

而从目前人形机器人的结构来看，耗电单元数量优化的空间是比较小的，算力系统、驱动系统和传感器系统是主要的耗电单元。人形机器人通常需要 40-60 个关节电机，每个电机在动态运动时的峰值功率可达数千瓦，例如搬运重物时单腿电机瞬时功率可能超(chāo)过(guò) 10kW。因(yīn)此(cǐ)，从(cóng)功(gōng)能(néng)单(dān)元(yuán)来(lái)看(kàn)，最(zuì)现(xiàn)实(shí)的(de)优(yōu)化(huà)路径是(shì)低(dī)功(gōng)耗(hào)技(jì)术(shù)，也(yě)就是持续降低处理器、控制器和驱动器的功耗水平。

当然，另一个比较有效的方式是优化电池。中国信通院在其发布的《人形机器人产业发展研究报告（2024年）》中指出，目前人形机器人主要的电池方案是锂离子电池，但其在能量密度、循环寿命等方面仍无法满足未来人形机器人长时间、高负荷工作的要求，研发高能量密度电池技术是未来的大方向。

当前，针对人形机器人的电池革命正在进行中，有很多积极的进展。比如，广汽 GoMate 搭载全固态电池后续航达 6 小时，相比传统锂电池提升 3 倍，同时宁德时代、亿纬锂能等企业计划 2026 年实现固态电池量产，能量密度目标达 400Wh/kg，可显著提升人形机器人的续航水平；丰田正在研发氢燃料电池人形机器人，理论续航可达 12 小时，但氢燃料储存和加注基础设施尚未完善。

除了续航，我们还需要注意到人形机器人结构件在长时间高强度运转之后的稳定性表现。在北京亦庄人形机器人半程马拉松上，有机器人在跑步的过程中掉了头，有机器人随着比赛进程的深入变得步履蹒跚。这些问题都和结构稳定性相关。

以驱动电机来说，电机在高频次、高负载运动中持续发热，若散热不足会导致绕组绝缘老化、永磁体退磁，进而引发扭矩衰减或控制失准。电机驱动系统里的编码器等位置传感器，在长时间的作业过程中，可能会因安装误差、长期振动导致的基准偏移，或机械结构松弛，会使关节实际位置与控制指令不符，引发步态失稳。

再看一下关机方面，在行走、跳跃等动态运动中，关节需要承受交变载荷，导致关节连接件易发生疲劳裂纹，尤其在轻量化设计，应力集中的问题是较为显著的。还有关节润滑脂在长期运动中会因温升、粉尘污染或密封失效而流失，导致摩擦系数增大，加剧部件磨损，同时产生额外功耗和振动噪声。另外，齿轮箱的齿面磨损、轴承游隙增大，会导致传动间隙累积，使关节运动精度下降，引发振动或步态失衡。

这些问题实际上在此次人形机器人半程马拉松上都暴露了出来，这也是仿生型人形机器人目前面临的主要挑战之一。人形机器人的长期结构稳定性需要从部件可靠性、系统控制、材料创新、智能运维四个维(wéi)度(dù)协(xié)同(tóng)突(tū)破(pò)，此(cǐ)次(cì)“天(tiān)工(gōng)Ultra”针(zhēn)对(duì)马(mǎ)拉(lā)松(sōng)场(chǎng)景(jǐng)的(de)优(yōu)化(huà)就(jiù)比(bǐ)较(jiào)成(chéng)功(gōng)，但(dàn)要(yào)在(zài)泛(fàn)化(huà)场(chǎng)景(jǐng)中(zhōng)有(yǒu)着(zhe)稳(wěn)定(dìng)的(de)表(biǎo)现(xiàn)，还(hái)需(xū)要(yào)针(zhēn)对(duì)性(xìng)优(yōu)化(huà)和(hé)自适应算法相结合，进而让人形机器人在通用场景里都有稳定表现。

结语

北京亦庄人形机器人半程马拉松的鸣枪与完赛，是全球人形机器人产业发展的一座里程碑。当 “天工 Ultra” 以优化后的步态跨越终点，我们看到了具身智能从实验室走向真实场景的扎实进步。不过，我们也不能忽视人形机器人存在的续航短、能耗高、结构稳定性不足等核心瓶颈，随着技术进步，相信这些难关都会被克服，人形机器人必将迈向家庭服务、工业协作、公共安全等更广阔的应用天地。