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到 2050 年,机器人会战胜世界杯冠军吗
我有幸担任机器人世界杯联合会主席。 RoboCup是一年一度的国际竞技赛事,它将关于人工智能和机器人技术将如何改变世界的远见卓识与实用的机器人设计融为一体。参与者花费数月时间解决各种技术问题,以使他们的机器人能够自主踢足球、做家务或寻找灾民。他们的努力反过来又推动了一系列领域的根本性进步,包括机器学习、多智能体系统和人机交互。

RoboCup 的 创始主席北野博明 (Hiroaki Kitano) 定义的最初目标是,到 2050 年,让一支完全自主的人形机器人团队能够在真实的户外场地上击败世界上最好的人类足球队。 自 1997 年首届 RoboCup 比赛以来该赛事以小型轮式机器人、中型轮式机器人和模拟三个联赛为特色,现已扩大到包括人形机器人足球联赛,以及其他专门针对具有更直接实用性的机器人的联赛。下一届 RoboCup 赛事将于 7 月在法国波尔多举行,预计将有来自 45 个国家的 2,500 名人类(和 2,000 名机器人)参加比赛。

开始
我作为学生参加的第一届 RoboCup 于 1997 年在日本名古屋国际人工智能联合会议 (IJCAI) 的一个小展厅举行。以今天的标准来看,竞争的水平并不是很高。然而,重要的是要记住,当时的许多“机器人专家”并没有使用真正的机器人。RoboCup 在其早期的不同寻常之处在于它迫使人们建立完整的、集成的、能够感知、决策和行动的工作系统。

小规模联赛
多年来,RoboCup 的比赛水平取得了巨大进步,通常遵循这样一种模式:一支球队取得了发现,并在比赛中占据一两年的主导地位,然后被另一支球队取代。例如,在小型联赛中,机器人使用高尔夫球以及外部感知和计算,柏林自由大学的FU-Fighters 团队在 2000 年代初期引入了一些创新。他们开始使用一种装置来控制球,使球向后旋转到机器人“运球”。第二个装置将球快速向前推以射门。作为第一支提出这一策略的队伍,FU-Fighters 拥有很大的优势,但其他队伍很快也纷纷效仿。
在泰国曼谷举行的 2022 年机器人世界杯上, TIGER Mannheim和ER-Force 之间的小规模联赛决赛

标准平台联盟
虽然许多 RoboCup 联赛都包含硬件设计部分,但一些团队更愿意更多地关注软件。在 标准平台联盟中,每支队伍都配备相同的机器人,因此算法和软件工程的最佳组合获胜。RoboCup 的第一个标准平台是索尼制造的小型机器狗Aibo 。不过,RoboCup 的最终目标是在双足机器人上实现人类水平的表现,因此标准平台联盟现在使用软银制造的名为Nao的小型人形机器人。Nao 坚固且能力强,能够跌倒并迅速爬起来,这对于踢足球的人类和机器人来说都是一项关键技能。
在泰国曼谷举行的 2022 年机器人世界杯上, HTWK Robots和B-Human 之间的标准平台联盟决赛。
中型联赛
在泰国曼谷举行的 2022 年机器人世界杯上, Tech United与猎鹰队 之间的中型联赛决赛

中型 联赛使用全尺寸足球和齐腰高的轮式机器人的机载感知。多年来,它展示了在人类速度、人类规模足球方面取得的巨大进步。在最近的比赛中,机器人在大场地上敏捷移动,自主制定进攻和防守策略,协调传球和射门。典型的中型机器人具有小学人类的技能,尽管在这个联盟中机器人不必担心腿部。在某些方面,中型机器人比人类球员更具优势——机器人具有全向感应、无线通信,并且凭借机械发射系统能够始终如一地进行非常准确的击球。

人形联盟
小腿机器人参加 2017 年日本名古屋机器人世界杯的儿童人形联盟比赛
RoboCup人形机器人联赛于 2002 年启动,对于实现我们到 2050 年组建一支高技能人形机器人团队的目标至关重要。双足机器人是一个持续的挑战,特别是当这些机器人必须与全尺寸足球互动、保持平衡时一条腿用另一条腿踢。类人机器人必须具有类似人类的比例和类似于人类感知的传感器配置,这意味着除其他外,不能进行全向感知。
在不莱梅会议中心举行的 2006 年 Robocup 足球世界锦标赛上,一个儿童级别的人形机器人正在尝试扑救

RoboCup 2022 人形成人足球决赛:NimbRo(德国)vs. HERoEHS(韩国)
在泰国曼谷举行的 2022 年机器人世界杯上, NimbRo和HERoEHS 之间的成人型人形联盟决赛。

模拟
RoboCup 模拟联赛使用标准平台联赛人形机器人的虚拟版本。机器人世界杯联合会

即使在标准平台联盟中,硬件也可能令人沮丧,因此RoboCup 模拟联盟允许团队完全使用软件进行工作。这使得使用尖端技术能够取得更快的进展。我自己的团队 UT Austin Villa于 2014 年开始在模拟联赛中使用分层机器学习来培养步行和踢腿等技能,这使我们能够在比赛中占据主导地位。但在2022年,葡萄牙足球俱乐部和岩浆奥芬堡凭借深度强化学习方法超越了我们。

其他联赛
移动操纵机器人与烤面包机自主交互
虽然足球是 Robocup 的最终目标,并且它激发了对机器人视觉和移动性等基础主题的研究,但很难看到游戏中的实用性。因此,其他 RoboCup 联赛专注于更直接的应用。RoboCup@Home 的特色是用于家庭环境的机器人,RoboCup Rescue是用于灾难响应的搜索和救援机器人,而RoboCup@Work则开发用于工业和物流任务的机器人。
作为 RoboCup Rescue 的一部分,救灾机器人正在穿越具有挑战性的移动路线[左],而工业移动机械手则在 2019 年悉尼 RoboCup 的 RoboCup@Work 活动中完成任务[右]。机器人世界杯联合会 (2)

机器人与人类
机器人世界杯中型冠军团队Tech United在葡萄牙吉马良斯与职业女子团队 Vitória SC 进行一场表演赛。女队故意与机器人打平,以点球大战结束比赛。

自 2011 年起,RoboCup 联合会的理事们就有了在 RoboCup 赛事结束时与中型联赛获胜队进行一场友谊赛的传统。近年来,中型机器人的竞争力变得令人惊讶,能够保持控球权,运球绕过对方球队,并在球场上串联传球。这些机器人可能还没有准备好与世界冠军较量,但进展已经令人印象深刻——2022 年,Tech United Eindhoven与葡萄牙职业女子球队Vitória SC进行了一场友谊赛,机器人成功打进了几个进球(在女人们对她们放松之后)。

机器人世界杯的遗产
与25年前相比,现在可供选择的机器人竞赛更多了,人工智能和机器人的应用也更加广泛??。RoboCup 启发了许多其他比赛,并且它仍然是此类赛事中规模最大的。我们的社区决心继续推动最先进的技术。该活动吸引了来自机械工程、医疗机器人、人机交互、演示学习和许多其他领域的研究实验室的团队,没有比鼓励他们沉浸在 RoboCup 中更好的培训新学生的方法了。

RoboCup 的重要性还可以通过比赛本身来衡量。比赛初期最显着的成功之一是从小规模联盟中分离出来的技术,形成了 Kiva Systems 的基础。Kiva 机器人的硬件由 Raffaello D'Andrea 领导的康奈尔大学 RoboCup 团队设计。在带领球队于 1999 年、2000 年、2002 年和 2003 年赢得小规模联赛胜利后,D'Andrea 与他人共同创立了 Kiva Systems。该公司开发了移动货架的仓库机器人, 2012年被亚马逊以7.75亿美元收购,成为亚马逊仓库机器人项目的核心。

机器人世界杯的未来
此时,您可能想知道实现 RoboCup 的创始目标的前景如何——到 2050 年,让一支自主人形机器人团队在真实的户外场地上的足球比赛中击败世界上最好的人类球队。足球会成为现实吗?重蹈国际象棋、西洋跳棋、扑克、GT赛车、“危险边缘”以及其他人类活动的覆辙,被人工智能征服吗?或者对现实世界感知以及类人速度和敏捷性的要求会让机器人无法接触足球吗?这个问题仍然是 RoboCup 社区中不确定性和争论的根源。尽管从技术角度来看,27 年是一个很长的时间,但物理自动化往往比纯粹面向软件的任务要困难得多,而且需要更长的时间。

最终,如果社区要实现其目标,我们将需要解决两个挑战:构建可以像人类一样快速轻松移动的硬件,以及创建可以实时超越最优秀的人类玩家的软件。一些专家指出,现有最先进的人形机器人证明已经有足够强大的硬件可供使用。然而,尽管它们令人印象深刻,但我认为这些机器人还无法与最熟练的人类运动员的能力相媲美。我还没有看到任何证据表明,即使是当今最好的人形机器人也能像职业足球运动员那样运球并高速灵巧地改变方向——尤其是考虑到职业球员同意接受的要求时与机器人一起在赛场上无论结果如何,在我看来,RoboCup 毫无疑问是对人工智能和机器人技术的持久巨大挑战,也是下一代机器人专家的绝佳训练场。RoboCup 社区正在蓬勃发展,不断产生新的想法、新的工程师和科学家。我很自豪能够领导 RoboCup 组织,并期待看到它今后将走向何方。
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