Краткое содержание анализа
В последнее время антропоморфные роботы добились значительных успехов в таких видах спорта, как настольный теннис и теннис с ракеткой: они не только могут играть полностью самостоятельно против олимпийских чемпионов (Дин Нин, Чжэн Цзе), но и участвовать в официальных соревнованиях (Мировые игры антропоморфных роботов по настольному теннису). Эти виды спорта стали новой ареной для соревнований в области робототехники, поскольку они проверяют способность роботов к работе в полном цикле «восприятие-принятие решений-выполнение действий». Такие навыки могут быть применены в реальных ситуациях, таких как промышленная сортировка и домашние услуги. На данный момент уровень роботов приближается к уровню начинающих людей, однако существуют технические проблемы, связанные с захватом быстрых мячей, согласованным выполнением действий и высокими затратами на разработку. Коммерциализация роботов находится на стадии проверки, и в ближайшие 2–3 года ожидается появление роботов, способных помогать в тренировках. В долгосрочной перспективе они могут стать частью домашнего быта или профессионального спорта.
1. Настольный теннис: новый этап развития робототехники
Почему роботы учатся играть в настольный теннис? Потому что это отличный инструмент для оценки их технических возможностей. Основатель компании Qingtong Vision выделил три категории спортивных действий для роботов:
- Предопределенные действия (например, танцы): их можно запрограммировать заранее, и технологии здесь уже совершенствованы;
- Действия с ракеткой (настольный теннис, теннис): требуют реального времени для восприятия траектории мяча, быстрого принятия решений и согласования движений тела; в этой области только начаты первые успехи;
- Командные виды спорта (футбол, баскетбол): требуют сотрудничества и стратегического планирования; исследования в этой области еще продолжаются.
Игра в настольный теннис для роботов подобна «высшему экзамену»: если робот справляется с этим заданием, это говорит о том, что его способности к восприятию, принятию решений и выполнению действий соответствуют требованиям. Эти навыки полностью совпадают с потребностями реальных ситуаций, например, сбора мусора (найти мусор, спланировать действия, точно его подобрать).
2. Почему роботам так трудно играть в настольный теннис?
Для человека игра с ракеткой — инстинктивное действие, но для робота это сложный процесс:
- Проблемы с восприятием: мяч проходит через сеть за 0,15 секунды (быстрее, чем моргание); его скорость составляет 15 метров в секунду, и он может вращаться. Традиционные камеры могут давать размытые изображения или задержки, поэтому во время соревнований используется несколько камер для точного отслеживания положения мяча, а для тренировок применяются высокочастотные алгоритмы визуального анализа (до 20 000 обработок в секунду).
- Проблемы с принятием решений: необходимо согласованное действие «мозга» и «маленького мозга» (мозга робота): мозг должен мгновенно определить, куда летит мяч, а маленький мозг — как нужно реагировать;
- Технические ограничения: роботы должны быть легкими и мощными (робот Zhuyuan Yuanzheng A3 высотой 1,73 метра весит всего 55 килограммов, торкс его суставов составляет 400 ньютон-метров); если робот слишком тяжелый, он не сможет двигаться быстро и эффективно, а если слишком легкий, может потерять равновесие.
3. Разные подходы команд к решению проблем
Для преодоления технических трудностей команды используют разные подходы:
- Модульная архитектура (Гонконгский университет, Калифорнийский университет в Беркли): верхний уровень системы отвечает за расчет траектории мяча и стратегию удара, нижний уровень использует алгоритмы обучения для управления движениями тела. Гонконгский университет также собрал данные о движениях человеческих спортсменов в течение двух месяцев, чтобы роботы могли имитировать их действия (например, подъем мяча, удары с силой).
- Цельная архитектура (Цинхуа университет): роботы сразу переходят от восприятия мяча к выполнению удара без использования дополнительных уровней системы; это позволяет им осваивать сложные приемы, но увеличивает сложность тренировок.
Команда из Гонконгского университета планирует перейти к цельной архитектуре в будущем, чтобы достичь еще более высоких результатов.
4. Коммерциализация: от экспериментальных проектов к профессиональным решениям
Коммерциализация роботов находится на стадии проверки:
- Высокие затраты: стоимость одной камеры для отслеживания движений составляет несколько десятков тысяч юаней; для полного комплекта системы требуется более миллиона юаней, что препятствует их массовому распространению. Гонконгский университет исследует возможности использования исключительно визуальных технологий (без внешних камер); роботы уже соревновались с профессиональными спортсменами, и в будущем цель — снизить затраты до уровня, доступного для обычных семей.
- Популярность среди пользователей: компания Dongyi Technology открыла спортивный зал в Гуанчжоу, где роботы играют в бадминтон; в день количество посетителей превышает тысячу человек. Чжэн Цзе надеется, что роботы смогут имитировать стиль подачи профессиональных теннисистов и помогать спортсменам в тренировках.
- Сроки внедрения: по оценкам Гонконгского университета, роботы смогут помогать в тренировках через 2–3 года; компания Galaxy General считает, что в теннисе это произойдет через 1–2 года, и роботы смогут даже составлять конкуренцию олимпийским чемпионам.
5. Применение технологий в других областях
Навыки, приобретенные роботами в процессе игры в настольный теннис, могут быть использованы в различных сферах:
- Промышленность: например, для сортировки быстро движущихся предметов;
- Домашние услуги: например, для сбора мусора;
- Медицинская реабилитация: для помощи пациентам в выполнении упражнений с точным контролем силы и направления движений.
Игра в настольный теннис стала важным этапом в развитии робототехники: эти навыки помогут роботам применяться в реальных жизненных ситуациях. Хотя существует множество технических проблем, исследования продолжаются, и в будущем роботы могут стать неотъемлемой частью нашей жизни.