21 公里馬拉松背后的極限進(jìn)化：天工如何跑出全球最快速度？
作者 |許麗思
編輯 |漠影
機(jī)器人前瞻4月20日?qǐng)?bào)道，昨天，備受矚目的全球首場(chǎng)人形機(jī)器人半程馬拉松在北京亦莊鳴槍開(kāi)跑，由全國(guó)多家企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)組成的20支人形機(jī)器人賽隊(duì)需要完成21.0975公里的賽程。
名為“小巨人隊(duì)”但卻是參賽隊(duì)伍中最矮的人形機(jī)器人，在跑步時(shí)還不忘一邊揮手回應(yīng)觀眾。
有的人形機(jī)器人松弛地踱步前行，慢慢趕超前方一個(gè)個(gè)跑摔倒的機(jī)器人，透露出淡淡的幽默感，生動(dòng)詮釋了“慢即是快”的哲學(xué)。
美女機(jī)器人幻幻開(kāi)跑即罷工，還有的參賽選手跑到頭掉到地上。
雖然現(xiàn)場(chǎng)狀況百出，但有7支賽隊(duì)順利通過(guò)13公里觀察站，其中，來(lái)自北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“創(chuàng)新中心”）的天工Ultra機(jī)器人在沒(méi)有更換其他機(jī)器人參賽的情況下，率先沖線，取得了2小時(shí)40分42秒的成績(jī)，明顯斷層領(lǐng)先后續(xù)參賽選手。
對(duì)于人類(lèi)選手而言，半程馬拉松是體能的試煉，但對(duì)雙足機(jī)器人來(lái)說(shuō)，21公里意味著25萬(wàn)次精密關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的毫秒級(jí)協(xié)同、多模態(tài)感知的實(shí)時(shí)決策，以及能源系統(tǒng)的持久續(xù)航。在這場(chǎng)賽事中，每個(gè)機(jī)器人都是行走的“技術(shù)堆棧”。
“這不只是簡(jiǎn)單的體育競(jìng)技，更是對(duì)技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的‘極限測(cè)試’?！?/strong>參賽公司之一的北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心CEO熊友軍此前在接受采訪時(shí)提到。以備賽為契機(jī)，多家機(jī)器人公司在產(chǎn)品硬件、軟件等方面展開(kāi)了技術(shù)攻關(guān)，能力都有了明顯提升。
在一眾參賽選手中，身高1.8米的天工機(jī)器人Ultra格外引人注目。它是全球首個(gè)純電驅(qū)擬人奔跑的全尺寸人形機(jī)器人天工的升級(jí)版，均時(shí)速能達(dá)到10公里，最高奔跑時(shí)速提升至12公里，堪稱(chēng)是世界上跑得最快的人形機(jī)器人。
在采訪中，創(chuàng)新中心的幾位工程師都不約而同地提到，起初覺(jué)得這場(chǎng)賽事簡(jiǎn)直是天馬行空。因?yàn)樵趹敉鉁y(cè)試時(shí)，機(jī)器人曾出現(xiàn)過(guò)關(guān)節(jié)斷裂的情況，業(yè)界記錄里，全尺寸人形機(jī)器人能跑的最遠(yuǎn)距離基本也是在五公里左右。
實(shí)現(xiàn)21公里長(zhǎng)距離奔跑，天工機(jī)器人是如何做到的？這背后，是大腦和小腦協(xié)同工作的結(jié)果，也離不開(kāi)底層AI算力、高質(zhì)量數(shù)據(jù)集的支撐。其中，百度智能云以技術(shù)賦能者的角色，與創(chuàng)新中心強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，構(gòu)建具身智能大模型，為天工機(jī)器人注入智慧與力量，加速產(chǎn)品落地。
01.
大腦、小腦協(xié)同
從感知決策到運(yùn)動(dòng)控制的極限挑戰(zhàn)
從北京的南海子公園一期南廣場(chǎng)到國(guó)家信創(chuàng)園，21公里的賽道涵蓋了或平坦或坑洼的城市道路、長(zhǎng)緩坡、石板路、草地、石子路等多種復(fù)雜路況。機(jī)器人得越過(guò)上下坡，還要經(jīng)過(guò)個(gè)左轉(zhuǎn)彎、8個(gè)右轉(zhuǎn)彎。
對(duì)參賽的人形機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)復(fù)雜的大腦、小腦協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程，涉及感知、決策、運(yùn)動(dòng)控制等多種能力的綜合運(yùn)用，還在底層AI算力上面臨巨大挑戰(zhàn)——機(jī)器人需要感知路面平整度、障礙物位置、風(fēng)速、方向等信息，快速做過(guò)決策，規(guī)劃最優(yōu)行動(dòng)路徑，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整關(guān)節(jié)角度和力度。
在具身智能大腦能力構(gòu)建上，百度智能云為北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心提供了百舸AI異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)以及高性能、穩(wěn)定可靠的AI算力，實(shí)現(xiàn)算力高效調(diào)度并顯著提升大模型的訓(xùn)推性能，助力天工機(jī)器人將集群有效訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)提升至98.8%。與此同時(shí)，配套的大模型訓(xùn)推加速套件也分別使訓(xùn)練和推理效率實(shí)現(xiàn)30%-60%的提升，為人形機(jī)器人大腦、小腦協(xié)同進(jìn)化提供了底層技術(shù)支撐。
具體體現(xiàn)在作業(yè)能力方面，這助力了天工機(jī)器人擁有強(qiáng)大的自主決策與任務(wù)執(zhí)行能力，具備處理多場(chǎng)景復(fù)雜任務(wù)的泛化能力。
針對(duì)具身大模型開(kāi)發(fā)的差異化特點(diǎn)，百度智能云還正著力于優(yōu)化長(zhǎng)序列性能和多模態(tài)訓(xùn)練架構(gòu)，與賽道企業(yè)一起共創(chuàng)面向具身操作大模型、世界模型的更優(yōu)AI基礎(chǔ)設(shè)施（AI Infra）能力。
備賽過(guò)程中，創(chuàng)新中心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)個(gè)技術(shù)攻關(guān)的日夜。
研發(fā)人員提到，團(tuán)隊(duì)先從人形機(jī)器人的跑步算法入手，通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)和模仿學(xué)習(xí)相結(jié)合的策略，會(huì)讓機(jī)器人在覆蓋了多種不同地形的仿真環(huán)境中進(jìn)行大量訓(xùn)練，并增強(qiáng)隨機(jī)的干擾例如不平整的路面、外力擾動(dòng)等，使其與環(huán)境進(jìn)行交互、提升泛化能力，才能應(yīng)對(duì)馬拉松現(xiàn)場(chǎng)的各種復(fù)雜地形。
最開(kāi)始，機(jī)器人在測(cè)試時(shí)跑了幾百米到一公里左右的距離后，腳踝關(guān)節(jié)就會(huì)因沖擊力過(guò)大而損壞。研發(fā)人員通過(guò)增加腳底的緩沖材料、優(yōu)化關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、更換關(guān)節(jié)材料，讓機(jī)器人具有了更強(qiáng)的抗沖擊性。
但長(zhǎng)時(shí)間高速奔跑，機(jī)器人關(guān)節(jié)發(fā)熱嚴(yán)重，會(huì)開(kāi)啟保護(hù)機(jī)制，四肢就會(huì)像人一樣突然癱軟下來(lái)。研發(fā)人員在本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了關(guān)節(jié)導(dǎo)熱技術(shù)以及整機(jī)熱仿真技術(shù)，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制算法優(yōu)化關(guān)節(jié)出力，使其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)熱更加均衡。
和人類(lèi)運(yùn)動(dòng)員有補(bǔ)給站一樣，人形機(jī)器人也會(huì)在補(bǔ)給站進(jìn)行電池更換，補(bǔ)充“體能”。為了讓機(jī)器人盡量少補(bǔ)給、能夠用一塊電池跑得更遠(yuǎn)，團(tuán)隊(duì)反復(fù)測(cè)試不同的材料、結(jié)構(gòu)，讓它能夠更輕盈地奔跑。
完成了這一系列突破后，天工機(jī)器人可以一口氣跑完6-7公里的距離，21公里的路程最多只需要更換三至四次電池。通過(guò)更換電池，天工機(jī)器人可以像一個(gè)永不知疲倦的“鋼鐵跑者”一樣，一直跑下去。
02.
建設(shè)百萬(wàn)量級(jí)高質(zhì)量數(shù)據(jù)集
打造機(jī)器人成長(zhǎng)“經(jīng)驗(yàn)包”
天工機(jī)器人在馬拉松中的出色表現(xiàn)，離不開(kāi)其背后“經(jīng)驗(yàn)包”的積累,這個(gè)“經(jīng)驗(yàn)包”正是由大量來(lái)自真實(shí)世界的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集構(gòu)成。
具身智能數(shù)據(jù)集能夠加速機(jī)器人“大腦”的訓(xùn)練和部署，還能夠幫助機(jī)器人應(yīng)用到除了馬拉松以外的更多現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，讓機(jī)器人具有通用性。
工程師介紹，研發(fā)人員會(huì)采集大量人類(lèi)跑步時(shí)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍、位置、速度、姿態(tài)等數(shù)據(jù)，形成一個(gè)專(zhuān)家?guī)?，再作為初始模板映射到不同型?hào)人形機(jī)器人上，從而讓機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中達(dá)到更加擬人的效果。
不過(guò)，想要獲取高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集可不容易。在真實(shí)世界中采集機(jī)器人可用的數(shù)據(jù)，往往意味著高成本、高難度，且數(shù)據(jù)質(zhì)量難以滿足模型訓(xùn)練的精度要求。伴隨技術(shù)路線的收斂，以及數(shù)據(jù)需求的漸進(jìn)明晰，行業(yè)迫切需要高效且規(guī)?；?、專(zhuān)業(yè)化的采標(biāo)手段，高精度、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集。
而百度智能云基于多年行業(yè)的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，特別是在人工智能和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域沉淀的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)采標(biāo)能力、構(gòu)建的規(guī)?；瘮?shù)據(jù)平臺(tái)，恰好能夠?qū)⑦@些經(jīng)驗(yàn)與能力復(fù)用到具身智能領(lǐng)域。
百度智能云所打造的具身智能數(shù)據(jù)采集標(biāo)注方案，支持文本、語(yǔ)音、圖像、人像、道路等多模態(tài)數(shù)據(jù)采集，具備數(shù)據(jù)清洗及分類(lèi)、2D/3D障礙物標(biāo)注、BEV感知數(shù)據(jù)等標(biāo)注能力，涵蓋人形具身智能產(chǎn)品、機(jī)械臂等多本體類(lèi)型，支持遙操作和慣導(dǎo)動(dòng)捕。
更大的藍(lán)圖也正在展開(kāi)：百度智能云助力創(chuàng)新中心建設(shè)百萬(wàn)量級(jí)的高密度、高質(zhì)量、高通用性數(shù)據(jù)集，打造世界最大的具身智能機(jī)器人數(shù)據(jù)采集和訓(xùn)練基地，進(jìn)一步解決行業(yè)真機(jī)數(shù)據(jù)稀缺的問(wèn)題，尤其是機(jī)器人操作能力方面。未來(lái)，這也將以共創(chuàng)共建共享的創(chuàng)新模式對(duì)外開(kāi)放，推動(dòng)具身智能行業(yè)發(fā)展。
03.
結(jié)語(yǔ)：人形機(jī)器人馬拉松的背后
全新的技術(shù)變革正在醞釀
人形機(jī)器人作為具身智能的重要載體，正在重構(gòu)人類(lèi)與機(jī)器人的協(xié)作邊界。今年《政府工作報(bào)告》將具身智能列入未來(lái)產(chǎn)業(yè)培育清單，北京、深圳等地的“具身智能第一城”爭(zhēng)奪戰(zhàn)進(jìn)入白熱化，資本市場(chǎng)的熱情更是一路高漲，開(kāi)年以來(lái)多家創(chuàng)企“爆單式融資”，行業(yè)一片火熱態(tài)勢(shì)。
雖然朱嘯虎前陣子高調(diào)撤離具身智能賽道，還言辭激烈地潑冷水，但行業(yè)內(nèi)部一場(chǎng)充滿無(wú)限想象力的技術(shù)變革在醞釀中，具身智能正在向著萬(wàn)億級(jí)生態(tài)快速奔涌。
當(dāng)成群人形機(jī)器人加入人類(lèi)的馬拉松隊(duì)伍，或許有人會(huì)疑惑，人類(lèi)并不需要一個(gè)人形機(jī)器人版本的馬拉松跑友，這有什么意義？商業(yè)化在哪里？但是這場(chǎng)賽事就像是人形機(jī)器人技術(shù)驗(yàn)證的考場(chǎng)。
人形機(jī)器人可以應(yīng)對(duì)這種長(zhǎng)距離、充滿動(dòng)態(tài)障礙物、地形復(fù)雜的場(chǎng)景，產(chǎn)品在多模態(tài)感知、能源管理、運(yùn)動(dòng)控制、材料穩(wěn)定性等方面的能力得到了驗(yàn)證，為機(jī)器人未來(lái)走向工業(yè)巡檢、應(yīng)急救援等長(zhǎng)時(shí)、復(fù)雜任務(wù)提供了技術(shù)背書(shū)，還進(jìn)一步倒逼技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)機(jī)器人從專(zhuān)用設(shè)備向通用助手進(jìn)化。
這場(chǎng)馬拉松比賽是中美在具身智能領(lǐng)域角力的縮影，彰顯了中國(guó)從硬件到軟件等全棧技術(shù)實(shí)力。即便美國(guó)在軟件創(chuàng)新上優(yōu)勢(shì)明顯，但是中國(guó)在硬件能力、產(chǎn)業(yè)鏈等方面已經(jīng)逐漸占據(jù)上風(fēng)。
21公里的賽道跑完了，但是人機(jī)協(xié)同的探索才剛剛開(kāi)始。具備自主行動(dòng)能力人形機(jī)器人，在以擬人步態(tài)與人類(lèi)參賽者一同完成長(zhǎng)距離任務(wù)的過(guò)程中，這是一次重塑公眾認(rèn)知的全新嘗試，讓人們相信人形機(jī)器人的硬件水平和運(yùn)動(dòng)控制能力已經(jīng)達(dá)到了全新的階段，加速“人機(jī)共融”時(shí)代的到來(lái)。
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