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機器人讓乒乓球有了更多可能
发布于:2020-07-04 14:51:50   浏览:45

  乒乓球機器人展示了人工智能強大的“行為”能力。未來,隨著乒乓球機器人的升級與成熟,將會助力運動員更好訓練,助推乒乓球運動的普及。

  前段時間,國際乒聯發布的一條“史上最長乒乓回合”視頻在網絡上引發了球迷的廣泛關注。視頻中,專業球員和乒乓球愛好者利用球拍、鍋鏟、書本等不同的工具在不同的環境中接力回球,上演了一場趣味橫生的乒乓大聯歡。

  如今,人工智能技術的運用更為乒乓球運動插上了想象的翅膀,擁有一顆智慧“大腦”的乒乓球機器人不斷發起挑戰,它會戰勝乒乓球世界冠軍嗎?

  2014年,德國乒乓球名將波爾迎戰一台名為庫卡的乒乓球機器人。面對機器人,這位前世界第一選手高接低擋,卻隻能依靠滾網球和擦邊球緊追比分,最終險勝。雖然這場對決只是一段廣告營銷,彼時機器人的水平還不是很強大,但想象力的種子已在科研人員的心中種下。

  上海體育學院中國乒乓球學院與新鬆機器人自動化股份有限公司合作,研制出兩代龐伯特(Pongbot)乒乓球對打機器人。盡管對打機器人隻有一條機械臂,但已經可以實現人機對戰。同時,通過人工智能算法中的深度學習和強化學習模型,對打機器人能一邊打球一邊“鑽研”對手的動作和擊球方式,通過預測乒乓球軌跡擬定回球策略。

  乒乓球奧運冠軍鄧亞萍曾在一檔電視節目中與第二代對打機器人過招,分別從速度、力量和旋轉等3個維度測試機器人的性能。從剛開始面對快攻時的“束手無策”,到最后已經可以成功接住難度較高的下旋球,一兩百個回合交手下來,機器人展現了強大的適應和學習能力。“乒乓球機器人的潛力很大,不能小瞧。”鄧亞萍說。

  其實,機器人在醫療、汽車、化工、教育等領域已經有著廣泛應用。在體育領域,也有公司生產過可以完成體操動作的機器人。參與了乒乓球機器人研發工作的上海體育學院中國乒乓球學院副院長任杰說,設計乒乓球機器人的初衷是利用科技手段助力運動員更好地訓練,同時推動乒乓球運動的普及。

  今年3月,龐伯特對打機器人的“兄弟”產品——發球機器人面世。發球機器人擁有兩條機械臂,可以一隻手出球,一隻手執球拍擊球。和傳統發球機直接快速出球相比,發球機器人高度還原了真人發球動作,為運動員提供了觀察“對手”的時間,鍛煉了運動員的反應能力和對球的處理能力。

  但要想做到高度擬人化,除了長得像、動作像之外,還要實現發球的多變。任杰介紹,發球機器人可以設置出球的不同旋轉類型、落點,能通過球拍快換模擬不同的打法風格。“這樣一套組合練下來,我感覺仿佛在和真人交手,還是一個高手!”一位體驗者感嘆。

  發球機器人的“撒手锏”,是軌跡分析和動作分析功能。兩台分布式雙目視覺系統如同一雙“慧眼”,及時捕捉球及運動員的運動軌跡,再加上人工智能算法這個“大腦”進行深度學習,及時調整技戰術策略,一套“組合拳”讓發球機器人“睿”不可當。

  “如果打敗人類圍棋高手的‘阿爾法狗’向我們展示的是人工智能強大的‘思維’能力,那乒乓球機器人則展示了人工智能強大的‘行為’能力,體現工業自動化領域在精准識別、快速反應、靈活控制等方面的制造實力。”任杰說。

  憑借對乒乓球運動的深刻理解,中國乒乓球學院在合作研發乒乓球機器人的過程中少走了不少彎路。發球機器人在設計初期時,被設定的出球速度很快,后來發現這超過了多數運動員的接受能力,不僅起不到鍛煉效果,還增加了馬達、電機等配置,完全沒有必要。“技術研發要符合現實規律。”任杰說,“所以我們建議參照教練進行多球訓練時的出球速度、頻率和球的旋轉對機器人進行調試。”

  過去的乒乓球課,20個學生分享10張球台,如果老師逐一進行多球訓練,一節課下來往往很難兼顧到所有學生。中國乒乓球學院訓練部主任顧楠介紹,開學后學院將在課堂教學中投入10台發球機器人,通過個性化設置,每個學生都能在適合自己當前水平的模式下進行針對性訓練。這樣,老師就有更多時間指導學生。

  機器人可以輔助教學,訓練的對象可不可以也是機器人?中國乒乓球學院就讓發球機器人和對打機器人成了“師徒”,前者用專業的訓練模式,根據徒弟的進步水平靈活調整課程訓練﹔后者快速學習不同的回球策略。

  如果說對打機器人的目標是打敗乒乓球世界冠軍,那麼發球機器人走的就是“親民”路線,更適合一般乒乓球愛好者進行基本功練習。在未來,除了日常教學外,發球機器人還可以走進社區健身中心、乒乓球俱樂部等。有了這樣一台機器,一人也能打球,設定好相關數據,就可以來一場酣暢淋漓的對決。

  任杰暢想,未來借助5G和AR(增強現實)等技術,機器人或許也可以實時同步線上另一端參與者的動作,實現乒乓球比賽的“雲約戰”,讓打乒乓球突破時空的限制,變得更有趣。上海體育學院中國乒乓球學院院長施之皓希望,通過人工智能技術與乒乓球運動的結合引領世界乒乓球運動的發展潮流,同時,在對乒乓球機器人相關產品不斷升級的過程中,將更多的技術創新運用於乒乓球高層次人才培養上。