[科普]機(jī)器人世界杯之夢(mèng)
機(jī)器人世界杯冠軍賽激勵(lì)了一代又一代機(jī)器人專家。
2019年到2022年，作者有幸擔(dān)任了機(jī)器人世界杯聯(lián)合會(huì)主席。機(jī)器人世界杯是一項(xiàng)每年舉辦一次的國(guó)際競(jìng)技賽事，它將利用人工智能和機(jī)器人技術(shù)改變世界的遠(yuǎn)見(jiàn)思維與實(shí)用機(jī)器人設(shè)計(jì)結(jié)合了起來(lái)。參與者會(huì)歷時(shí)數(shù)月解決各類技術(shù)問(wèn)題，讓機(jī)器人能夠自主地踢足球、做家務(wù)或搜尋災(zāi)民。這些工作反過(guò)來(lái)又有助于了機(jī)器學(xué)習(xí)、多智能系統(tǒng)和人機(jī)交互等一系列領(lǐng)域的根本性進(jìn)步。
正如創(chuàng)始主席北野宏明所定義的那樣，機(jī)器人世界杯的最初目標(biāo)是，在2050年前讓一支完全自主的類人機(jī)器人團(tuán)隊(duì)在真實(shí)的戶外賽場(chǎng)上擊敗世界上最優(yōu)秀的人類足球隊(duì)。自1997年首屆機(jī)器人世界杯比賽（以小型輪式機(jī)器人、中型輪式機(jī)器人和模擬賽三大聯(lián)賽為特色）以來(lái)，這項(xiàng)賽事已經(jīng)擴(kuò)大到包括人形機(jī)器人足球聯(lián)賽以及其他致力于具有更直接實(shí)用性的機(jī)器人聯(lián)賽。最新一屆機(jī)器人世界杯于2023年7月在法國(guó)波爾多舉行，有來(lái)自45個(gè)國(guó)家和地區(qū)的2500人（和2000臺(tái)機(jī)器人）參加比賽。
緣起，1997年，日本名古屋舉行國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議 (IJCAI)期間，作者wt以學(xué)生身份參加了在一個(gè)小展覽廳舉行的首屆機(jī)器人世界杯。以今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，當(dāng)時(shí)的競(jìng)賽水平并不是很高。但重要的是，當(dāng)時(shí)許多“機(jī)器人專家”并未使用真正的機(jī)器人。機(jī)器人世界杯在早期階段是不同尋常的，因?yàn)樗仁沽巳藗兘⑼暾?、集成且可感知、決策和行動(dòng)的工作系統(tǒng)。
小型聯(lián)賽多年來(lái)，機(jī)器人世界杯在競(jìng)賽水平上取得了巨大的進(jìn)步，通常遵循的規(guī)律是:一支球隊(duì)有了新發(fā)現(xiàn)，在比賽中占據(jù)主導(dǎo)地位一兩年，之后被另一支球隊(duì)取代。例如，21世紀(jì)初，在機(jī)器人使用高爾夫球和外部感知與計(jì)算的小型聯(lián)賽中，來(lái)自柏林自由大學(xué)的FU-Fihters團(tuán)隊(duì)引入了部分創(chuàng)新。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始使用一種裝置來(lái)控制球，使球向后旋轉(zhuǎn)，從而讓機(jī)器人“運(yùn)球”。再用另一個(gè)裝置將球快速向前推以射門(mén)。作為提出該策略的首支隊(duì)伍，F(xiàn)U-Fighters擁有很大的優(yōu)勢(shì)，但很快其他隊(duì)伍也紛紛效仿。
標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)聯(lián)賽雖然機(jī)器人世界杯聯(lián)賽大多包含硬件設(shè)計(jì)部分但有些球隊(duì)更加重視軟件。在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)聯(lián)賽中給予給每個(gè)團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人是相同的，因此只有算法和軟件工程的最佳組合才能獲勝。機(jī)器人世界杯的首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)是由索尼制造的小型機(jī)器狗(上圖和中圖)愛(ài)寶。然而，機(jī)器人世界杯的最終目標(biāo)是令雙足機(jī)器人的表現(xiàn)達(dá)到人類水平，因此標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)聯(lián)賽現(xiàn)使用了由軟銀制造、名為Nao的小型人形機(jī)器人。Nao(下圖)結(jié)實(shí)能干，摔倒后能迅速爬起，對(duì)踢足球的人類和機(jī)器人而言，這是一項(xiàng)關(guān)鍵的技能。
中型聯(lián)賽使用了全尺寸足球，由齊腰高的輪式機(jī)器人進(jìn)行感知。多年來(lái)，聯(lián)賽已展示了巨大的進(jìn)步，日益向人類速度和人類規(guī)模的足球比賽靠攏。在最近的比賽中，機(jī)器人在廣闊的場(chǎng)地上快速移動(dòng)、自主制定進(jìn)攻防守策略、協(xié)調(diào)傳球和射門(mén)。典型的中型機(jī)器人擁有的技能相當(dāng)于能干的小學(xué)生，而且在該聯(lián)賽中，機(jī)器人不必?fù)?dān)心腿的問(wèn)題。在某些方面，中等大小的機(jī)器人比人類球員更有優(yōu)勢(shì)，機(jī)器人擁有全向感應(yīng)和無(wú)線通信功能，且由于有機(jī)械球發(fā)射系統(tǒng)，它們始終能夠非常準(zhǔn)確地?fù)羟颉?/p>
人形機(jī)器人聯(lián)賽2002年啟動(dòng)的機(jī)器人世界杯人形機(jī)器人聯(lián)賽對(duì)于實(shí)現(xiàn) ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 在2050年前組建一支高技能人形機(jī)器人隊(duì)伍的目標(biāo)至關(guān)重要。雙足機(jī)器人是一項(xiàng)持續(xù)的挑戰(zhàn)，尤其是機(jī)器人必須與全尺寸足球互動(dòng)，一條腿保持平衡，另一條腿踢球。人形機(jī)器人必須具有與人類相似的比例和類似人類感知的傳感器配置，這意味著它們不能擁有全方位的感知能力。
機(jī)器人對(duì)戰(zhàn)人類2011年，機(jī)器人世界杯聯(lián)合會(huì)的受托人與中型聯(lián)賽的獲勝球隊(duì)在機(jī)器人世界杯賽事結(jié)束后進(jìn)行了一場(chǎng)友誼賽，從那之后，這一活動(dòng)就成為了一項(xiàng)傳統(tǒng)。近年來(lái)，這些中型大小的機(jī)器人表現(xiàn)出了驚人的競(jìng)爭(zhēng)力，它們能夠控球、帶球跑動(dòng)，并在球場(chǎng)上陸續(xù)在傳球。雖然機(jī)器人也許還沒(méi)準(zhǔn)備好與世界冠軍較量，但其進(jìn)展令人印象深刻2022年，埃因霍溫理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)與葡萄牙職業(yè)女隊(duì)Vit6ria SC踢了場(chǎng)友誼賽，機(jī)器人成功進(jìn)了幾個(gè)球(在女隊(duì)放松之后)。
模擬聯(lián)賽即使在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)聯(lián)賽中，硬件問(wèn)題也可能令人挫敗，因此機(jī)器人世界杯模擬聯(lián)賽允許球隊(duì)完全在軟件中比賽。這樣一來(lái)，運(yùn)用尖端技術(shù)就能更快地取得進(jìn)展。在2014年的模擬聯(lián)賽中作者自己的團(tuán)隊(duì)UT Austin Villa開(kāi)始使用分層機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)開(kāi)發(fā)走路和踢球等技能，這讓 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 在比賽中占據(jù)了主導(dǎo)地位。但2022年，葡萄牙FC團(tuán)隊(duì)和奧芬堡Magma團(tuán)隊(duì)?wèi){借深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法超越了 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 。
其他聯(lián)賽·雖然機(jī)器人世界杯以足球?yàn)榻K極目標(biāo)，而且也激發(fā)了對(duì)機(jī)器人視覺(jué)、機(jī)動(dòng)性等基礎(chǔ)課題的研究，但在一場(chǎng)比賽中很難看到相關(guān)的實(shí)用性。因此，機(jī)器人世界杯其他聯(lián)賽注重的是更為直接的應(yīng)用。RoboCup@Home(上圖)展示了用于家居環(huán)境的機(jī)器人，RoboCupRescue(左下圖)關(guān)注的是用于災(zāi)難響應(yīng)的搜索和救援機(jī)器人，RoboCup@Work ( 右下圖)則關(guān)注開(kāi)發(fā)用于工業(yè)和物流任務(wù)的機(jī)器人
機(jī)器人世界杯的寶貴財(cái)富
與25年前相比，現(xiàn)在有更多的機(jī)器人比賽可供選擇，人工智能和機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用也更為廣泛。盡管啟發(fā)了許多其他比賽，機(jī)器人世界杯仍然是此類賽事中規(guī)模最大的。 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的社區(qū)決心繼續(xù)努力，精益求精。該活動(dòng)吸引了來(lái)自機(jī)械工程、醫(yī)療機(jī)器人、人機(jī)交互、演示學(xué)習(xí)和許多其他領(lǐng)域的研究實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，沒(méi)有比鼓勵(lì)學(xué)生沉浸在機(jī)器人世界杯中更好的新生訓(xùn)練方法了。
機(jī)器人世界杯的重要性也不局限在賽事本身。最引人注目的成功之一源于比賽的早期階段，從小型聯(lián)賽中分離出來(lái)的技術(shù)形成了Kiva Systems的基礎(chǔ)。Kiva機(jī)器人的硬件是由拉菲羅?丹德烈亞（Rraffaello D’Andrea）領(lǐng)導(dǎo)的康奈爾大學(xué)機(jī)器人世界杯團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的。在其球隊(duì)于1999年、2000年、2002年和2003年贏得了小型聯(lián)賽的勝利后，丹德烈亞繼續(xù)與他人共同創(chuàng)立了Kiva Systems公司。該公司開(kāi)發(fā)了移動(dòng)貨架的倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人，2012年被亞馬遜以7.75億美元的價(jià)格收購(gòu)。
機(jī)器人世界杯的未來(lái)
此時(shí)，你可能想知道，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人世界杯的創(chuàng)立目標(biāo)（即到2050年，一支自主人形機(jī)器人團(tuán)隊(duì)能夠在真實(shí)的室外球場(chǎng)上擊敗世界上最好的人類球隊(duì)）能有什么前景。足球的開(kāi)展是否會(huì)像國(guó)際象棋、跳棋、撲克、游戲《GT賽車(chē)》、綜藝《危險(xiǎn)邊緣》以及人類的其他賽事那樣，被人工智能征服？對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知能力和人類速度與敏捷性的要求是否會(huì)讓機(jī)器人無(wú)法接觸足球？這個(gè)問(wèn)題仍然是機(jī)器人世界杯社區(qū)不確定性和爭(zhēng)論的來(lái)源。雖然就技術(shù)開(kāi)展而言，27年很長(zhǎng)，但物理自動(dòng)化往往比純粹面向軟件的任務(wù)要難得多，耗時(shí)也長(zhǎng)得多。
最終，社區(qū)若要實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 將需要解決兩大挑戰(zhàn)：制造能夠像人類一樣快速、輕松移動(dòng)的硬件，同時(shí)打造能夠?qū)崟r(shí)超越最優(yōu)秀人類玩家的軟件。有專家指出，現(xiàn)有的最先進(jìn)的人形機(jī)器人證明， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 已經(jīng)有了足夠強(qiáng)大的硬件。盡管它們令人印象深刻，但作者認(rèn)為這些機(jī)器人還不能與最嫻熟的人類運(yùn)動(dòng)員相提并論。即使是如今最好的人形機(jī)器人，作者也尚未看到任何證據(jù)表明它們能像職業(yè)足球運(yùn)動(dòng)員那樣帶球，并在高速下靈活地改變方向，尤其是考慮到要讓職業(yè)球員同意與機(jī)器人一起上場(chǎng)，需要機(jī)器人不太重，也不能過(guò)于強(qiáng)大，它們需要既熟練又非常安全。
作者認(rèn)為，無(wú)論結(jié)果如何，機(jī)器人世界杯無(wú)疑都是對(duì)人工智能和機(jī)器人技術(shù)的持久、巨大的挑戰(zhàn)，也是下一代機(jī)器人專家的大型訓(xùn)練基地。機(jī)器人世界杯社區(qū)正在蓬勃開(kāi)展，不斷涌現(xiàn)新的想法、新的工程師和新的科學(xué)家。作者很自豪能領(lǐng)導(dǎo)機(jī)器人世界杯組織，也期待著看到它今后的開(kāi)展方向。
作者：Peter Stone
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