▲右側(cè)機(jī)器人被撞到后“鯉魚打挺”起身。新京報(bào)記者王子誠攝

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如何讓機(jī)器人自主競技

搞笑視頻的背后，讓機(jī)器人自主上場競技并非易事。

人類靠五官感受世界，機(jī)器人則完全依賴代碼。主辦方提供的基礎(chǔ)機(jī)器人類似兩三歲的幼兒，參賽隊(duì)員需要通過編程將它的靈敏度提高到四五歲的程度。

單是“找球”一個(gè)動(dòng)作，各個(gè)隊(duì)伍的策略設(shè)計(jì)就不同：有的隊(duì)伍選擇扭頭尋找，有的則要轉(zhuǎn)身，或者走幾步徘徊尋找。

機(jī)器人踢球至少分為4個(gè)步驟：找球－接近球－把球?qū)?zhǔn)球門－決定帶球或者射門，每個(gè)步驟前，機(jī)器人都需要原地踏步調(diào)整角度，判斷當(dāng)前局面，根據(jù)算法做出最優(yōu)決策。這種機(jī)械式的反應(yīng)顯得生硬笨拙，與人類流暢動(dòng)作形成鮮明對(duì)比。

火神隊(duì)則突破了這個(gè)“瓶頸”，他們訓(xùn)練的機(jī)器人能在看到球后直接走過去踢——這其實(shí)是把幾個(gè)步驟整合為一，通過“端到端”的深度學(xué)習(xí)方法，讓機(jī)器人在看到足球之后，直接決定是帶球繼續(xù)走還是射門。

機(jī)器人在接近球的前兩步就調(diào)整好角度，減少找球門、對(duì)準(zhǔn)球消耗的時(shí)間，動(dòng)作也更連貫絲滑。做到視覺和行動(dòng)統(tǒng)一的機(jī)器人，動(dòng)作會(huì)更像人類。

射門也是一項(xiàng)技術(shù)活。多數(shù)機(jī)器人僅能用腳尖蹭球，但火神隊(duì)前隊(duì)長王與時(shí)通過代碼訓(xùn)練出了足弓“大力射門”的絕技。足弓推射是人類足球最基礎(chǔ)也最常見的射門技術(shù)，因?yàn)樽愎慕佑|面大，觸球方向可控性高。

決賽中，正是憑借一記足弓推射，火神隊(duì)打入了全場唯一進(jìn)球。比賽結(jié)束后，興奮的隊(duì)員們將前隊(duì)長王與時(shí)托起，拋向空中慶祝。

火神隊(duì)是清華大學(xué)自動(dòng)化系研究員趙明國在2004年創(chuàng)立的。每年以暑假為節(jié)點(diǎn)，老隊(duì)長帶領(lǐng)隊(duì)員們打完機(jī)器人世界杯便招募新一屆的隊(duì)員。

19歲的章今是火神隊(duì)的新隊(duì)員，她是清華大學(xué)致理書院信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的大一學(xué)生，暑假前從公眾號(hào)上看到了火神隊(duì)的招募信息。

她從小就喜歡踢足球，如今也在系女足隊(duì)里。熟悉足球規(guī)則的她經(jīng)常被機(jī)器人“蠢哭”。訓(xùn)練的時(shí)候，機(jī)器人眼睜睜已經(jīng)把球踢進(jìn)球門了，然后自己再吧嗒吧嗒走過去把球踢出來?！八詾榍蜷T在另一個(gè)位置，判斷球沒有進(jìn)門?！?/p>

與人類球員擺好陣型互相傳球不同，這些機(jī)器人更像一群小孩子，只盯著足球不打配合，經(jīng)常一窩蜂追著球跑。

偶爾機(jī)器人會(huì)把球“撥”到隊(duì)友腳下，由它完成射門，令很多裁判和觀眾贊嘆不已。實(shí)際上，這也都是巧合，機(jī)器人的精彩傳球是因?yàn)椤疤咂恕薄?/p>

隊(duì)長羅長盛注意到了這點(diǎn)，有時(shí)他會(huì)刻意調(diào)整參數(shù)來增加這種“巧合”的概率。但牽一發(fā)而動(dòng)全身，這也容易導(dǎo)致射門時(shí)偏離球門。

機(jī)器人完全依靠代碼運(yùn)行，唯一需要人工遙控的情況，是它們徹底“躺平”無法自主起身時(shí)——按規(guī)則，若機(jī)器人跌倒后20秒內(nèi)不能站起，將被罰下場10秒。這時(shí)隊(duì)員會(huì)用遙控器讓機(jī)器人進(jìn)入僵直狀態(tài)，方便搬運(yùn)，不然亂踹的它可能會(huì)傷到工作人員。

7月國內(nèi)某場3V3足球賽，火神隊(duì)的機(jī)器人已在邊界線列隊(duì)準(zhǔn)備入場，一個(gè)機(jī)器人不由分說就倒地“耍賴”，旁邊的隊(duì)友竟然彎曲膝蓋扭頭注視。網(wǎng)友為它配上了疑惑的表情包，評(píng)論“吃瓜不分材料物種”。

這條走紅網(wǎng)絡(luò)的“耍賴”視頻，也是巧妙利用了規(guī)則：當(dāng)機(jī)器人在賽場上“迷路”，它會(huì)主動(dòng)以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的姿勢“假摔”，這樣可以保護(hù)機(jī)身，被抬下場重新定位后也可以再次加入比賽。視頻中那個(gè)看似在“看戲”的低頭隊(duì)友，其實(shí)只是在專心找球。

常常被機(jī)器人“蠢哭”的章今，有時(shí)也驚訝機(jī)器人的表現(xiàn)。比賽中，裁判通過裁判機(jī)電腦發(fā)送比賽指令，機(jī)器人根據(jù)電腦指令完成比賽，形成一個(gè)“機(jī)器指導(dǎo)機(jī)器人”的完整閉環(huán)。這種充滿未來感的場景，雖然技術(shù)原理不復(fù)雜，卻散發(fā)著獨(dú)特的賽博朋克氣息。

在某些方面，機(jī)器人足球甚至展現(xiàn)出超越人類的潛力，它們能在局域網(wǎng)內(nèi)以毫秒級(jí)速度共享球場信息，告訴隊(duì)友自己看到的球在哪。

有人做過挑戰(zhàn)賽，讓被蒙住眼睛的機(jī)器人踢球，另一個(gè)機(jī)器人看球，雖然目前因?yàn)槎ㄎ慌c運(yùn)動(dòng)能力有限，踢不太準(zhǔn)。但這種無需任何語言就可以達(dá)成的互動(dòng)，是人類無法做到的。

▲左側(cè)機(jī)器人被撞倒后撐地起身。新京報(bào)記者王子誠攝

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是足球場，也是“搖籃”

雖然如今的機(jī)器人仍顯笨拙，但實(shí)際上它們已經(jīng)是巨大飛躍后的產(chǎn)物。

52年前，早稻田大學(xué)推出世界第一款全尺寸人形機(jī)器人，每走一步都需要45秒。此后行業(yè)發(fā)展猶如攀登階梯，每隔幾年出現(xiàn)一次里程碑式的突破。

一個(gè)很明顯的對(duì)比是，七八年前趙明國帶著學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里做一臺(tái)機(jī)器人，不算人力投入，僅硬件成本就高達(dá)百萬元；而隨著新一代技術(shù)方案落地，如今量產(chǎn)的同類機(jī)器人售價(jià)不到20萬元。趙明國覺得，“整體性能完全是兩代產(chǎn)品?！?/p>

早年火神隊(duì)參賽時(shí)，要將機(jī)器人拆解成兩三個(gè)運(yùn)輸箱。他們造過最重的一臺(tái)機(jī)器人55公斤，隊(duì)里只有一位近兩米高的排球隊(duì)員能搬動(dòng)。而現(xiàn)在，1.2米高的機(jī)器人在保持運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的前提下，重量優(yōu)化至30公斤，無論是轎車后備廂還是航空托運(yùn)都能輕松應(yīng)對(duì)。

即使是一年前，賽事也與現(xiàn)在截然不同。以前，機(jī)器人足球賽的策略是“寧可慢也不要摔”，每個(gè)機(jī)器人身后都跟著一名保護(hù)員，如果看到機(jī)器人快摔倒就拉緊保護(hù)繩——部分團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人穩(wěn)定性與抗沖擊能力差，摔一下可能導(dǎo)致整個(gè)賽季都不能上場。

趙明國認(rèn)為，這不僅嚴(yán)重影響比賽的流暢性，更招致外界質(zhì)疑：“是不是有人在背后操縱機(jī)器人？”

去年決賽結(jié)束后，他向組委會(huì)提議：去掉保護(hù)員，同時(shí)將2V2的比賽升級(jí)為3V3。不然如果一兩個(gè)機(jī)器人損壞，比賽很難進(jìn)行。他的建議在組委會(huì)和其他參賽隊(duì)伍中引起了很大的爭議，理由是“沒有那么多機(jī)器人”。

“大家都習(xí)慣在舒適圈里爭奪名次，但這既不利于技術(shù)進(jìn)步，也背離了機(jī)器人足球賽的終極目標(biāo)?！壁w明國說。

要知道，1997年機(jī)器人世界杯從創(chuàng)立之初就立下宏愿：希望在2050年組建一支11人機(jī)器人足球隊(duì)，能夠擊敗人類的世界杯冠軍隊(duì)。雖然這個(gè)目標(biāo)后來很少被大家提及，都覺得仿佛不太可能。但趙明國覺得，如果誰都不去做，那概率就是零。

趙明國打算一步一步做給別人看。今年3月機(jī)器人世界杯德國公開賽上，火神隊(duì)主動(dòng)放棄保護(hù)員幫助；后來的新加坡公開賽，地區(qū)組委會(huì)正式采納了火神隊(duì)倡導(dǎo)的3V3無保護(hù)員賽制。實(shí)戰(zhàn)證明，該賽制大幅提升了比賽觀賞性與競技性。這些成功案例促使今年7月國際組委會(huì)接受了趙明國的提議。

趙明國仍清晰記得2005年機(jī)器人世界杯人形組比賽的樣子，決賽在日本和德國兩個(gè)隊(duì)之間進(jìn)行。那時(shí)的比賽還是彩色塑料小球，比足球輕得多；球門是實(shí)心的，一個(gè)黃色，一個(gè)藍(lán)色；邊上有幾個(gè)標(biāo)志柱——機(jī)器人需要柱子定位，才知道球門在哪。如今的場地則更接近于人類足球場。

▲2006年，機(jī)器人世界杯上各式人形機(jī)器人只能踢彩色小球，需要黃藍(lán)相間的標(biāo)志柱幫助才知道球門在哪。受訪者供圖

用了21年，他見證了機(jī)器人踢足球的變化，對(duì)于“為什么讓機(jī)器人踢足球”這個(gè)理解也更深刻。

足球是一項(xiàng)復(fù)雜綜合的體育運(yùn)動(dòng)，需要參與者的策略制定、實(shí)時(shí)對(duì)抗、感知環(huán)境、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力都很強(qiáng)。如果想要機(jī)器人踢得像人類一樣流暢，要解決各方面技術(shù)問題。

趙明國覺得，足球場就像是一個(gè)“搖籃”，機(jī)器人如果能在里面鍛煉出各種各樣的技能，未來可以直接遷移至工業(yè)、服務(wù)等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。目前，有些開發(fā)者已經(jīng)把機(jī)器人買回去做二次開發(fā)，拓展其在養(yǎng)老陪護(hù)、博物館講解等場景的應(yīng)用。

這個(gè)理念正暗合他當(dāng)年為團(tuán)隊(duì)命名“火神”的初衷——在希臘神話中，火神也是掌管鍛造的工匠之神，他希望團(tuán)隊(duì)能像火神鍛造神器那樣，點(diǎn)燃機(jī)器人技術(shù)的燎原之火。