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機器人世界杯中型組比賽場面
決賽後,『水隊』學生隊員與機器人在球場合影
中國足球終於圓了世界杯奪冠的夢。
只不過,球員是機器人。
在中國國家足球隊1?5負於泰國隊半個月之後,這條新聞可謂激動人心:6月30日,在2013年機器人世界杯足球錦標賽(Robocup)的中型組比賽中,由北京信息科技大學一群大學生組建的『水隊』以3?2擊敗東道主、衛冕冠軍荷蘭埃因霍溫理工大學隊,奪回冠軍。
之所以說『奪回』,是因為這支由5個身高只有80公分的機器人組成的球隊,已經是第三次奪得該項比賽的冠軍了。
『教練』之一的田野本以為這次奪冠會和前兩回一樣,影響僅限於圈內。但是啥也擋不住球迷們今年的熱情。贏得冠軍的第二天,這幫學生們目瞪口呆地發現奪冠的消息上了《新聞聯播》,女主持人字正腔圓地形容他們小組『在人工智能領域率先圓了中國足球的冠軍夢』;看上去,有了國足在前映襯,一群『技術宅』在人工智能領域的勝利,也驟然變得鼓舞人心了起來。
8個半人高、呈粽子形狀黑色機器在18米長、12米寬的綠色場地上快速移動,爭搶一個黃澄澄的足球
眼下,這支世界冠軍隊伍正淡定地待在北京信息科技大學清河校區的實驗室裡,身旁的陳列櫃裡擺滿了各色各樣的獎杯。
雖然名為『機器人』,它們的模樣更像一座座黑黝黝的小山:『山頂』是攝像頭與全景鏡,通過它們機器人能看見整個場地,『山腳』部分的輪子讓機器人靈敏地朝著前後左右移動,速度最快達到每秒鍾6米;每個機器人的正面下方,都有一個大窟窿,兩組吸球轉輪負責運球,而轉輪中間的擊球杆能將一個標准足球擊出10米開外。
它們四肢發達,頭腦也不簡單。在它們的『眼睛』與『腿腳』中間,放著一臺電腦,相當於它們的『大腦』。攝像頭把全場情況傳輸到這臺電腦上,5個『大腦』再把信息匯總到一臺教練機,根據隊員們編寫的程序與預先設置的策略,教練機把任務分配給5個角色,指揮著這群機器人在場上運動。
機器人足球比賽和人們印象中的足球比賽差不多。在一個月前那場再次『刷新中國足球歷史紀錄』的決賽中,8個半人高的黑色機器在200多平方米的綠色場地上快速移動,爭搶一個黃澄澄的足球。
受技術與形狀所限,這些球員還沒法像人類那樣來個『倒掛金鉤』。但總有某一刻,足球被倏然挑起來,越過眼前防守的一坨小黑機器,在空中劃出一道優美的弧線,再越過一個扛著黑色柵欄的粽子型機器(守門員),一頭撞進球門內……
不過,這一幕電視機前的觀眾只能看個大概。由於場地狹小、球員矮小,人們只能根據顏色來分辨具體球隊,至於剛剛那腳球是誰踢進去的,另一個球又是哪個球員丟的,根本看不清。
恐怕只有學生們能分得清楚:1號『傑鳴』是個大個子,它是守門員,機身比隊友要寬上大約10公分;3號『野』是最常被拿來調試的機器,所以最勇猛,在場上進球最多;5號『棣』就像阿根廷隊的神經刀球員德米凱利斯,時不時會掉鏈子;還有兩個機器人隊員分別叫『斌斌』和『宗義』。
這些都是依據機器人興趣組主要成員名字所取。事實上,兩年前田野、周傑鳴這些人剛跨入北京信息科技大學校園的時候,這幾臺機器人已經在世界杯上奪回第二個冠軍了。
機器人世界杯足球錦標賽是在1996年被一群科學家們攛掇起來的比賽。刊登在第二年《人工智能》雜志上的一篇文章解釋,要讓一群機器人踢出一場有板有眼的足球比賽來,需要整合諸多已知的技術手段,還需要更多的嶄新的科技突破。
時至今日,這場機器人足壇規模最大、水平最高的賽事,影響力主要還是在人工智能界。即便在世界冠軍所在的北京信息科技大學也是如此。並沒有太多人知道這支機器人球隊,但這擋不住在高中裡已經對編程或是機械產生興趣的『技術宅』們。田野和朱棣早就發現了學校有這麼個『特別有趣』的興趣小組,李斌斌則在參加新生活動時聽老師不經意地提到了一句:『咱們學校的機器人小組挺厲害,拿了兩回世界冠軍』。
隨後的大學生活中,他們有『大約一半』的時間消磨在這個實驗室中,在球場邊的課桌下,不光雜七雜八地堆著隊員們的筆記本電腦,還摞著一堆諸如『大學物理』之類的教科書,以及一本英文小說,是美國作家卡森·麥卡勒斯的《心是孤獨的獵手》。
如今,在隊伍裡主要跟機器人打交道的,就是這批大二學生:田野負責編寫策略,李斌斌、周傑鳴和張宗義專門調試機器,試圖盡可能精確地找出距離球門不同距離時踢球需要的力道,朱棣則包下了後勤事務。
在過去這一年裡,機器人的吸球轉輪被改了方向,前面大窟窿的邊也被挖成了圓形,經這屆隊員之手改造的機器人,運球、控球都比原先更為純熟。
但他們還是沒想到,決賽的哨聲吹響後還不到30秒,『水隊』就一球打進了對方的大門。
對方都是機器人領域的專職研究人員,有博士,有碩士,而『水隊』都是大二學生
埃因霍溫理工大學是『水隊』的老對手了。決賽前,田野他們在小組賽中遇到過這支衛冕冠軍,被對方結結實實地灌了三個球,自己卻一球未進。
這支世界勁旅擁有的都是大牌球星。尤其是守門員,它有著更多的攝像頭、獨特的菱形長輪,非常方便左右移動,關鍵時刻還能左右伸出20公分、或是朝上伸出10公分的『鐵臂』,像個真正的守門員那樣去『撲』迎面而來的金色足球——這是規則所允許的,卻只有這一支參賽隊伍能做出這樣的機器人來。
『水隊』的前任隊長黃斌特意去查過這個老對頭的資料,被嚇了一跳:『那是歐洲排名第三的理工類大學啊!』不僅如此,這支球隊的幕後團隊都是機器人領域的專職研究人員,有博士,有碩士,而『水隊』都是大二學生,資深成員一到大三就開始復習考研,『一考上研究生就被導師帶走了』。
說到底,這是一場學術領域的競賽。觀眾看到的只是幾個黑色小家伙在4居室大小的場地中跑來跑去,但這一場面背後關系到機器人學、機電一體化技術、視覺與傳感器技術、智能控制與決策等多個領域的前沿技術。科學家一度暢想,研制出一支機器人足球隊,能夠打敗人類的足球賽世界杯冠軍。
這項劃時代的目標,『當然得花上數十年纔能實現,如果不是幾個世紀的話』,科學家們淡定地在文獻中寫道。更現實的目標是,先發展出一支機器人球隊,能踢出個人樣子來。
這個目標也不容易。北京信息科技大學機器人興趣小組參加的『中型組』比賽,是唯一一組機器人還能與人類踢著玩的組別。類人組的人形機器人,纔剛剛學會『走路』。
和人類的足球競技不同,除非出了機械故障,機器人球員沒有時間喊暫停,以便教練員及時調整方案,也不可能因傷換人,按照預設的程序,機器人在綠茵場上作出自己的決定,開展著屬於人工智能界的拼殺。
『其實不需要對足球有多少理解。足球比賽只是一個載體,主要是根據比賽規則編制相關程序、策略,關鍵在策略和程序的實現上,』兩次帶領『水隊』奪冠的前任隊長黃斌告訴中國青年報記者。
但這場機器人足球界的體育盛宴,競爭激烈絲毫不亞於人類的那場大賽。荷蘭埃因霍溫理工大學隊是去年的冠軍,實力非凡;而當年的亞軍伊朗隊,隊員們都來自該國的國家重點實驗室,硬件上甚至比荷蘭隊更先進。許多外國的強隊都有不菲的商業贊助,有的球隊嘗試新的、能360度繞一圈觀察周圍景物的攝像頭;日本隊則一直在研發斜向射門的新功能。
對足球的喜歡,和對這機器人足球的喜歡,那完全是不搭邊的兩……回……事!
相比之下,『水隊』寒酸得多。4年來,球員一直是這5個球員,它們身上的零部件都開始老化了。賽前連田野他們都沒預料到,這樣一支貌不驚人的隊伍這麼順利成為全世界首支三次奪冠的球隊。
這歸功於強大的『教練團隊』。根據帶隊老師王雪雁的說法,『水隊』會觀察著對手來編寫程序,抑制他們的長處。
比如,荷蘭隊的傳接球非常好,每當它們的隊員帶球後,『水隊』就會有兩個隊員去防守,黏住對方,阻斷它們傳球的球路。荷蘭隊還擅長二次傳接球,這回的決賽中,每每對方傳球後,『水隊』一准有一個機器人站到對面球員面前,攔截它回傳的球。
就這樣,強大的衛冕冠軍被這幫中國的大二學生與他們的機器人們『壓得死死的』;決賽上半場,荷蘭隊以1?1追平,下半場結束時則是2?2,最後進入加時賽,還是『水隊』率先進了球。
很難想象,當初北京信息科技大學剛剛冒出『參加機器人世界杯』比賽這念頭的時候,目標定得比國足第一次出征世界杯時還要低:所有比賽能踢進一個球就成!
那是2007年。現在在實驗室裡球場邊默不作聲的這一個個小機器人,每個的造價都相當於一臺中等的小轎車。『水隊』第一代機器人就在一種經濟極度困窘的情況下誕生:它們的全景鏡,是用東風卡車的車燈做的;電機則來自南三環的一個二手市場。它們的身前沒有吸球裝置,只有『兩根推著球往前走的棍子』。
『那時候咱們的機器只能筆直地往前走,稍微有些偏差,球很有可能就跑了。』王雪雁回憶說。
在世界杯的賽場上,『水隊』的成績起初並不引人矚目。黃斌還記得,2009年,這支隊伍的名次是第7名,那年參賽的總共也不過十三四支球隊。但第二年,黃斌帶著第一批改進後的新機器抵達新加坡,在當年的Robocup比賽中一舉奪冠。
『我們好像是跟別的球隊不一樣,比賽過程中,我們一直都在不斷不斷地改善策略。』
黃斌至今記憶猶新,埃因霍溫理工大學隊那時是第三次屈居亞軍,比賽過後,一些隊員甚至都哭了;而一不當心奪冠了的中國隊員,團團轉地滿場尋找一面頒獎時用的中國國旗。
在今年6月30日的決賽前夜,『教練員』給隊員們進行了一番特殊的訓練:把機器人的最大電流從15安改到了20安,這意味著它們有了更敏捷的反應和更迅猛的速度,但也有了更大的風險。
『反正我們是豁出去,跟他們拼了。』田野說。
為了應對那位霸氣的守門員,『水隊』的進球角度被設計得分外刁鑽:往球門框的兩個角上射門。這樣,守門員再伸展,也很難攔住球。憑借這種策略,它們往從未失球的荷蘭隊球門中灌進了三個球。
只不過,戰勝了歐洲極客的中國『技術宅』們,還不太適應外界因為足球而冒出來的熱情。
在這次奪冠凱旋之前,興趣小組的成員還從沒被人問過那麼多回『你們喜不喜歡足球』。被大家選出來『也許是對足球最感興趣』的朱棣,一聽到這個話題就急:『對足球的喜歡,和對這機器人足球的喜歡,那完全是不搭邊的兩……回……事!』
標簽:機器人田野黃斌中國北京