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完赛率不到一半!机器人「跑远」难,首届马拉松有何意义?

在酝酿了一个多月后,全球首场人形机器人马拉松终于开幕了,作为一直关注前沿科技动向的雷科技,自然不会放过这次机器人盛宴,一大早就调好闹钟关注这场比赛,然后我就看到了 ……

宇树 G1 开场就躺平(非宇树官方团队,而是第三方购买宇树 G1 并使用自研算法参赛)。

图源:雷科技

穿了跑鞋的 " 未成年 " 机器人。

以及风扇助力高达!

说实话,小雷没有想到光是一个起跑,这些机器人厂商就可以给我们带来这么多的欢乐,同时也让小雷充分见识到了机器人的 " 多样性 ",特别是那个外观神似 " 高达 " 的机器人动起来,不对,准确地说是风扇转起来后,我是整个人都不好了,这也能算人形机器人?

难不成还得念叨一下那句经典台词:" 腿只是装饰,上面的大人物不会懂的 "(出自经典机器人动画《机动战士高达 0079》,片中技术人员吐槽在飞行战斗状态下,腿部结构是无用的,此处仅做调侃)。

不过在陆地环境下,腿部结构显然并非 " 装饰 ",而风扇助力加人力控制方向的 " 人机 " 工程学设计,目前来看还是有不少问题的,在起跑时就因为难以控制方向,以 " 绕圈 " 的移动方式走了十多米。

看得出来 " 驾驶员 " 已经在很努力地控制方向了。

在转了三圈后,这台风力机器人突然开始直线加速,正在小雷以为它要成功起跑时,结果马上就脱离了 " 驾驶员 " 的掌控,直接撞上了围墙,成为本次比赛第一个被淘汰的选手。

大家说直接改成多轴无人机的形式,会不会比风扇助力更靠谱呢?

最后小雷在参赛列表里确认了一下,这个起跑就被淘汰的机器人来自华中科技大学,名字是 " 神农 "。对于神农机器人为什么选择风扇助力的方式来移动,网友的看法也是众说纷纭,其中小雷觉得最靠谱的说法是:" 神农嘛,那个风扇其实是割草机,平常可以用来辅助移动,工作状态时就下移进入割草模式 "。

事实上,神农的风扇助力机器人已经算是不错的,至少出了起跑线才撞墙,后面出场的一位选手,在原地助跑半天都无法前进,最终被人类工程师无奈的搬离起跑线,直接进行现场检修。

还有被工程师提着放到起跑线上的,然后连起跑都没有尝试,直接又被提到了一旁摆着,估计是临时出现问题,干脆就只来起跑线亮个相,主打一个 " 重在参与 "。

当然也不乏一些起跑姿势和动作都非常出色的机器人,比如首个出发的天工 Ultra(也是此次比赛的第一名)。

以及松延动力的 N2 机器人,小短腿倒腾得飞快,也是动作最像人类奔跑状态的机器人之一。

不过,对于所有参赛的机器人来说,起跑只是他们要面临的第一个挑战,后续的 21 公里路程仍然充满了艰险。

虽然合共有 20 支参赛队伍,但是能够顺利通过 13km 观察站的队伍都只有 7 个,在开跑后四小时仍未完成 13km 赛段的队伍都被直接视作未完赛。比如赛前很火的 " 美女 " 机器人幻幻,开跑没多久就直接瘫痪坐地,再起不能,只能遗憾退赛。

而在后续的赛程里,也有不少机器人因为各种原因跌倒、故障而无法完成比赛,可以说能够成功到达终点,就足以证明自己的机器人技术在国内名列前茅了。不过,状况百出的比赛也引来了网友的讨论:为什么在视频里动作行云流水,似乎马上就要化身 " 成龙 " 的机器人,却连简单的跑步都做不好?

对于这个问题,小雷倒是可以给大家解释一下,首先机器人马拉松的赛道对于机器人来说并不 " 简单 "。转弯、上下坡等不同的路况,对于人类来说或许影响不大,但是却十分考验机器人的运动算法,比如转弯时需要控制左右脚的输出避免摔倒,上下坡时要调整重心,一着不慎就可能当场退赛。

比如清华通班队的 Kuavo 机器人,就在 1.5 公里处突然向左倾倒并摔倒,随后经过工程师现场检测确定无法继续比赛后,只能更换备用机继续完赛,而在整场比赛里,类似的情况屡见不鲜,即使是夺得第一的天工队,他们的天工 Ultra 也同样摔倒过,只是要幸运很多,起身后仍然可以继续比赛。

为什么这些机器人会 " 平地摔 "?首先就 " 跑步 " 这个动作而言,其实非常考验机器人的姿态和动力调整响应能力,当机器人的速度起来后,它需要在极短时间内完成动力输出的计算,然后对重心进行再平衡并循环往复。

事实上,为了减少对算法的依赖,让机器人更好地保持平衡,不少参赛队伍干脆将机器人设计成为 " 矮个子 ",降低重心偏移导致的动作不协调问题,比如此次比赛中取得第二名的松延动力 N2,就是一款仅高 120cm 的机器人(即使如此后续也还是摔掉了头)。

不过运动算法等问题并非机器人摔倒的唯一主因,在此次比赛中大多数机器人都出现过关节轴承故障,核心因素之一就是持续的高负荷驱动,让关节处的伺服电机温度突破到 80 度以上,如果不进行降热处理,电机就可能因为过热而罢工或反馈速度降低,导致动力不平衡而摔倒。

除此之外,长时间的连续运动也对机器人的腿部关节提出了极高的要求,磨损等问题带来的左右腿动作失衡也是机器人平地摔的一大原因,部分机器人就因为关节磨损而不得不更换备用机。

据 imsystems 给出的研究报告,如果机器人一次性跑四万多步,那么就相当于关节轴承经历了 10^7 级循环载荷(千万级),已经远超多数实验室的百万级疲劳测试标准。

所以不难理解,为什么视频里动作灵活的机器人,在马拉松比赛里却会被简单的 " 跑步 " 难倒,前者是在考虑工程师的动作编程和机器人的灵活度,而后者则是真正考验机器人的耐久性、自适应算法和长时间运行的稳定性。

而且,目前的机器人在续航上也面临不少困难,根据现场报道,大多数机器人都在比赛过程中进行过两次或以上的补能,也就是说单次续航还不到 10 公里。此外也有现场工作人员透露,部分机器人仅站立十分钟的耗电就高达 20%(需要时刻平衡重心),必须使用移位机来保管和移动。

对于现阶段的机器人而言,电池技术也是限制其在企业生产和日常使用中普及的最大阻碍之一。从目前的情况来看,或许只能寄希望于固态电池等技术能够尽快取得新的突破了。

在网上检索此次机器人马拉松比赛的相关信息时,小雷也注意到不少海外媒体都对比赛进行了报道,而且颇为重视。虽然大多数媒体都将此次比赛视作娱乐赛事,但是也有一些分析师对机器人马拉松比赛的成功,是否可以证明中国在机器人领域的领先提出了质疑。

比如俄勒冈州立大学计算机科学、人工智能和机器人学教授艾伦 · 弗恩就表示让机器人跑起来并不是什么新鲜事,早在五年前就已经实现了。确实,机器人跑起来并非难事,但是想让机器人跑完一个马拉松就不容易了,具体面临的困难有哪些,我们前面就聊过,这里也就不重复叙述。

事实上一款机器人可以在马拉松比赛里完赛,至少说明其在算法、材料、电机设计、结构设计等各个领域都已经非常成熟。

就以宇树 G1 来说,即使有着不错的硬件基础,但是在第三方参赛团队的手里却没能发挥出真正的运动能力,原因就在于算法优化和适配度不足。可以说,此次比赛更多的考验机器人设计团队的整体技术水平,而非某个特定领域的能力。

在小雷看来,所有新兴市场的成熟都是从底层基础的技术突破开始的。现阶段的机器人虽然被人诟病没有实际用途,但是从产业角度来看,首先需要确保机器人有足够的耐久度,然后才能以此为基础去发展应用,否则一台时不时罢工的机器人谁敢往家里或工厂里放?

虽然在比赛里,机器人们状态百出,摔倒、瘫痪、" 掉头 " 等各种意外频发,以至于一些网友都在吐槽:" 本以为机器人技术已经很强了,没想到大多数都是‘银样镴枪头’ ",但是也正是这种 " 残酷 " 的赛事,才能让企业从中发现问题,并且加以改进。

正如赛事口号所言:" 参赛即胜利,完赛即英雄 ",每一个参与者都是未来的开拓者,也是未来智能机器人生态的奠基者。