勇闖體育賽道
機器人正在改寫運動與科技邊界
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CUE7籃球機器人可像人一樣打籃球。圖片來源:美國趣味工程網(wǎng)站
◎本報記者 劉 霞
澳大利亞《對話》雜志網(wǎng)站在5月2日的報道中指出,機器人正勇敢闖入體育領(lǐng)域,改寫運動與科技邊界。它們有望成為人類精英選手的“陪練”,其在動態(tài)、不可預(yù)測的環(huán)境中,學(xué)習(xí)移動、反應(yīng)和交互的能力,也將推動其他領(lǐng)域的發(fā)展。
與人類運動員有根本不同
訓(xùn)練機器人進行體育運動,與訓(xùn)練人類運動員有著根本區(qū)別。
人類運動員通過實踐、指導(dǎo)和經(jīng)驗學(xué)習(xí),不斷適應(yīng)變化中的條件。體育科學(xué)常將此描述為“感知與行動”的緊密耦合,即人類在一個連續(xù)的循環(huán)中觀察、判斷和行動。
相比之下,機器人依賴模擬、數(shù)據(jù)和控制算法的組合進行訓(xùn)練。工程師構(gòu)建精細的虛擬環(huán)境,讓機器人可“練習(xí)”數(shù)百萬次。它們學(xué)習(xí)如何追蹤物體、預(yù)測軌跡并協(xié)調(diào)身體。有時,運動分析技術(shù)還被用來捕捉運動員的動作,供機器人模仿。
機器人在籃球和足球領(lǐng)域取得了一定進展。它們已從簡單定位球,逐步發(fā)展到能進行團隊協(xié)作、戰(zhàn)術(shù)決策和適應(yīng)對手。例如豐田公司發(fā)布的最新一代籃球機器人CUE7,就整合了視覺、運動規(guī)劃與控制技術(shù),以完成目標(biāo)識別、距離估算和精準(zhǔn)投籃。
對于乒乓球這類快節(jié)奏運動,挑戰(zhàn)尤為艱巨。機器人必須檢測到球、預(yù)測軌跡,并在毫秒間執(zhí)行精確動作。這需要計算機視覺、機器學(xué)習(xí)與實時控制的高度融合。
4月22日,《自然》雜志刊發(fā)了一項重磅成果:索尼AI研發(fā)的乒乓球機器人“Ace”,在真實的物理球臺上擊敗了多位人類精英選手。但德國達姆施塔特工業(yè)大學(xué)智能自主系統(tǒng)教授、乒乓球機器人專家簡·彼得斯指出,Ace仍屬于極度單一的反饋任務(wù),距離真正解決通用機器人的精細抓取等核心難題,仍有漫長的工程壁壘需要跨越。
為體育訓(xùn)練提供新工具
盡管機器人運動員能帶來奪人眼球的表演,為觀眾體驗體育帶來全新方式。但它們最大的影響可能在幕后,即用于訓(xùn)練人類運動員。
體育運動的核心挑戰(zhàn)之一是設(shè)計有效的訓(xùn)練。運動員需要反復(fù)練習(xí)來培養(yǎng)技能,同時也需要變化來模擬真實比賽。重復(fù)太多會變得可預(yù)測,變化太多又會陷入混亂。
機器人技術(shù)提供了一種平衡之道。
機器人訓(xùn)練伙伴能以精英運動員的強度提供高度可重復(fù)的動作,同時引入精細可控的變化。例如,網(wǎng)球機器人可復(fù)制世界級球員的擊球方式,同時系統(tǒng)性地改變球速、飛行軌跡和落點。
從體育科學(xué)角度看,這創(chuàng)造了所謂的“代表性學(xué)習(xí)環(huán)境”。關(guān)鍵在于,它能復(fù)現(xiàn)精英比賽中關(guān)鍵的感知與決策需求,而教練很難在常規(guī)訓(xùn)練中做到這一點。
澳大利亞莫納什大學(xué)的喬納森·羅伯茨等人正在探索機器人如何輔助網(wǎng)球、板球和足球等運動訓(xùn)練,目標(biāo)是結(jié)合真實性、可重復(fù)性、可變性與數(shù)據(jù),以提升技能發(fā)展,并將技術(shù)與結(jié)果掛鉤。
機器人還能幫助管理訓(xùn)練負荷。它們能減少對教練和陪練的身體消耗,同時仍讓運動員接觸到高質(zhì)量的比賽場景。
就像視頻分析和可穿戴傳感器改變了訓(xùn)練方式一樣,機器人為教練和體育科學(xué)家提供了一種新工具。它讓訓(xùn)練環(huán)境可實現(xiàn)精確控制、高度重復(fù),并適應(yīng)個人需求,這將有助于教練和運動員更深入地理解人類表現(xiàn),幫助運動員攀登更高的巔峰。
有望促進多領(lǐng)域發(fā)展
羅伯茨表示,未來十年,機器人可能會變得更加敏捷、更加強健,也更能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。目前機器人難以完成的任務(wù),如在不平地形上奔跑、接球或投球,將逐漸變得容易。
但即使機器人不斷進化,仍存在關(guān)鍵局限。
體育的偉大,遠不止于完美執(zhí)行動作,還關(guān)乎創(chuàng)造力、壓力下的決策,以及用經(jīng)驗、情感和環(huán)境塑造出的應(yīng)變能力。
從體育科學(xué)角度看,精英表現(xiàn)源于運動員、任務(wù)與環(huán)境三者之間的相互作用。機器人可出色完成特定任務(wù),卻無法以同樣具體而富有意義的方式體驗這種互動。
除在體育領(lǐng)域貢獻力量,這些尖端的運動機器人也有望促進其他領(lǐng)域的發(fā)展。例如,豐田計劃利用CUE7平臺展示傳感、控制,及具身人工智能方面的突破,而這些突破的影響將遠超體育。
《技術(shù)雜志》網(wǎng)站報道指出,盡管Ace目前只是一名球拍大師,但其底層技術(shù)的影響遠遠超出體育領(lǐng)域。低延遲感知與自適應(yīng)決策相結(jié)合的能力,對于關(guān)鍵環(huán)境安全至關(guān)重要。
《對話》網(wǎng)站也表示,Ace的進展對人機交互領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠影響。目前大多數(shù)工業(yè)機器人被隔離在安全屏障后,因為它們無法快速或可靠地應(yīng)對人類突發(fā)行為。Ace處于人類反應(yīng)時間的邊緣,預(yù)示著未來機器人能安全地與人類在共享空間中協(xié)作。
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