機(jī)器人正在改寫運(yùn)動(dòng)與科技邊界

勇闖體育賽道

機(jī)器人正在改寫運(yùn)動(dòng)與科技邊界

CUE7籃球機(jī)器人可像人一樣打籃球。圖片來源：美國(guó)趣味工程網(wǎng)站

　◎本報(bào)記者 劉 霞

　　澳大利亞《對(duì)話》雜志網(wǎng)站在5月2日的報(bào)道中指出，機(jī)器人正勇敢闖入體育領(lǐng)域，改寫運(yùn)動(dòng)與科技邊界。它們有望成為人類精英選手的“陪練”，其在動(dòng)態(tài)、不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中，學(xué)習(xí)移動(dòng)、反應(yīng)和交互的能力，也將推動(dòng)其他領(lǐng)域的發(fā)展。

　　與人類運(yùn)動(dòng)員有根本不同

　　訓(xùn)練機(jī)器人進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)，與訓(xùn)練人類運(yùn)動(dòng)員有著根本區(qū)別。

　　人類運(yùn)動(dòng)員通過實(shí)踐、指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)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(dòng)”的緊密耦合，即人類在一個(gè)連續(xù)的循環(huán)中觀察、判斷和行動(dòng)。

　　相比之下，機(jī)器人依賴模擬、數(shù)據(jù)和控制算法的組合進(jìn)行訓(xùn)練。工程師構(gòu)建精細(xì)的虛擬環(huán)境，讓機(jī)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(cè)軌跡并協(xié)調(diào)身體。有時(shí)，運(yùn)動(dòng)分析技術(shù)還被用來捕捉運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作，供機(jī)器人模仿。

　　機(jī)器人在籃球和足球領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展。它們已從簡(jiǎn)單定位球，逐步發(fā)展到能進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作、戰(zhàn)術(shù)決策和適應(yīng)對(duì)手。例如豐田公司發(fā)布的最新一代籃球機(jī)器人CUE7，就整合了視覺、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制技術(shù)，以完成目標(biāo)識(shí)別、距離估算和精準(zhǔn)投籃。

　　對(duì)于乒乓球這類快節(jié)奏運(yùn)動(dòng)，挑戰(zhàn)尤為艱巨。機(jī)器人必須檢測(cè)到球、預(yù)測(cè)軌跡，并在毫秒間執(zhí)行精確動(dòng)作。這需要計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)與實(shí)時(shí)控制的高度融合。

　　4月22日，《自然》雜志刊發(fā)了一項(xiàng)重磅成果：索尼AI研發(fā)的乒乓球機(jī)器人“Ace”，在真實(shí)的物理球臺(tái)上擊敗了多位人類精英選手。但德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)智能自主系統(tǒng)教授、乒乓球機(jī)器人專家簡(jiǎn)·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(jī)器人的精細(xì)抓取等核心難題，仍有漫長(zhǎng)的工程壁壘需要跨越。

　　為體育訓(xùn)練提供新工具

　　盡管機(jī)器人運(yùn)動(dòng)員能帶來奪人眼球的表演，為觀眾體驗(yàn)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(yùn)動(dòng)員。

　　體育運(yùn)動(dòng)的核心挑戰(zhàn)之一是設(shè)計(jì)有效的訓(xùn)練。運(yùn)動(dòng)員需要反復(fù)練習(xí)來培養(yǎng)技能，同時(shí)也需要變化來模擬真實(shí)比賽。重復(fù)太多會(huì)變得可預(yù)測(cè)，變化太多又會(huì)陷入混亂。

　　機(jī)器人技術(shù)提供了一種平衡之道。

　　機(jī)器人訓(xùn)練伙伴能以精英運(yùn)動(dòng)員的強(qiáng)度提供高度可重復(fù)的動(dòng)作，同時(shí)引入精細(xì)可控的變化。例如，網(wǎng)球機(jī)器人可復(fù)制世界級(jí)球員的擊球方式，同時(shí)系統(tǒng)性地改變球速、飛行軌跡和落點(diǎn)。

　　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(diǎn)。

　　澳大利亞莫納什大學(xué)的喬納森·羅伯茨等人正在探索機(jī)器人如何輔助網(wǎng)球、板球和足球等運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，目標(biāo)是結(jié)合真實(shí)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(jī)器人還能幫助管理訓(xùn)練負(fù)荷。它們能減少對(duì)教練和陪練的身體消耗，同時(shí)仍讓運(yùn)動(dòng)員接觸到高質(zhì)量的比賽場(chǎng)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(jī)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(shí)現(xiàn)精確控制、高度重復(fù)，并適應(yīng)個(gè)人需求，這將有助于教練和運(yùn)動(dòng)員更深入地理解人類表現(xiàn)，幫助運(yùn)動(dòng)員攀登更高的巔峰。

　　有望促進(jìn)多領(lǐng)域發(fā)展

　　羅伯茨表示，未來十年，機(jī)器人可能會(huì)變得更加敏捷、更加強(qiáng)健，也更能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。目前機(jī)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(jī)器人不斷進(jìn)化，仍存在關(guān)鍵局限。

　　體育的偉大，遠(yuǎn)不止于完美執(zhí)行動(dòng)作，還關(guān)乎創(chuàng)造力、壓力下的決策，以及用經(jīng)驗(yàn)、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(yùn)動(dòng)員、任務(wù)與環(huán)境三者之間的相互作用。機(jī)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(yàn)這種互動(dòng)。

　　除在體育領(lǐng)域貢獻(xiàn)力量，這些尖端的運(yùn)動(dòng)機(jī)器人也有望促進(jìn)其他領(lǐng)域的發(fā)展。例如，豐田計(jì)劃利用CUE7平臺(tái)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(yuǎn)超體育。

　　《技術(shù)雜志》網(wǎng)站報(bào)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)于關(guān)鍵環(huán)境安全至關(guān)重要。

　　《對(duì)話》網(wǎng)站也表示，Ace的進(jìn)展對(duì)人機(jī)交互領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人被隔離在安全屏障后，因?yàn)樗鼈儫o法快速或可靠地應(yīng)對(duì)人類突發(fā)行為。Ace處于人類反應(yīng)時(shí)間的邊緣，預(yù)示著未來機(jī)器人能安全地與人類在共享空間中協(xié)作。