机器人,我和你拼了!

2014-04-29 00:00:00焦述铭
发明与创新·小学生 2014年8期

四年一度的世界杯足球赛刚刚落幕,各国顶尖足球运动员齐聚巴西,一展风采。可是体育运动不只是人的专利,在科技日新月异的今天,我们也可以让机器人“总动员”起来,去挑战一下体育冠军们。

不靠谱的机器人足球队

让机器人踢足球?这主意不错!

早在1997年,第一届机器人世界杯Robocup就在日本举办,这项比赛的目标是诞生一支全部由机器人组成的足球队,与人类世界杯冠军球队在赛场上一决高下。

制造十一个巴神、梅西水准的机器人,这个愿望看似简单,难度并不亚于中国男足获得世界杯冠军。很多对人类再简单不过的事情,机器人实现起来却困难重重。

足球运动员起码要有身高要求吧?可是在最初的几届Robocup中,参赛的仿真机器人大多数是不到一米的“小萝莉”。直到2010年的比赛中,美国佐治亚理工大学才推出了一个身高达到1.5米的“大箩莉”。

因为,机器人的身材越高,技术上让它们保持平衡就越困难,仅仅为了身高达标这个愿望,研究者就花费了几年时间不断改进。

这些机器人在带球、跑动、射门的时候,最容易让观众“吐槽”的一点是,它们的动作实在太迟缓了,跑步的速度还没有人类散步快。这样的机器人若是和人类来场比赛,机器人队必输无疑。

其实,“用两条腿跑步”这个简单的任务,对机器人来说是一个非常复杂的技术难题。机器人在跑动时的加速度、角速度、受力模型、动态平衡、传感器、控制系统、软件算法等各方面的一大堆难题,不仅让外行人一头雾水,也让内行人头痛不已。

当然,在Robocup赛场上也有“跑”得很快的机器人,不过,他们只是安装了轮子的小车,长得一点也不像人。

除此之外,球场上的11个机器人如何像人类一样发挥团队精神?在球场上遇到各种突发状况时,怎样进行判断推理,做出反应?如何用计算机视觉技术让摄像头看准球的位置?……

看来,要想组建一支能与人类匹敌的机器人足球队可没那么容易。专家预测,2050年才会出现真正奔跑在绿茵场的机器人。

理性派打“小球”

如果足球太复杂了,机器人暂时玩不好,我们可以退而求其次,玩些简单的球类运动。比如台球,机器人只要控制好那根球杆就万事大吉了。

在台球桌上,球员用球杆击打作为“弹药”的白色球,使它撞击彩色球进入球洞里,很多时候,数学物理知识可以帮上忙。

小球的运动既包括滑动的动量,又包括自转的动量,小球因为转动方式的不同,可以让运动轨迹变化多端,实现一会儿走斜线,一会儿走直线,一会儿走曲线的各种神奇效果。

对于球手来说,在用球杆击打球的时候,球杆撞击小球的位置、角度和力道大小都要小心翼翼,精准无比,这样精心雕琢的小球才可以按照预想的方式运动。

人类台球运动员主要依靠的是长期练习形成的感觉和经验,加拿大女王大学的研究人员则制作了一个台球机器人。

他们的最终目标是挑战丁俊晖级别的世界冠军,不过,目前这个机器人的战绩仅仅高于业余球手而已,理性派和技术宅想联手搞掉斯诺克巨星的意图还无法立刻实现。

不仅台球技术的关键在于调戏“小球”,保龄球的技巧也全在于调戏手里的那个大球。

美国德州有一个叫EARL的保龄球机器人,它外观看起来更像是一个机械手臂,可以把球玩得“团团转”,模拟出任何掷球的方式。原本是用于测试保龄球、跑道和那些瓶子产品质量的。

EARL曾获得300分的最高纪录,足以超过任何保龄球运动员。不过,2010年EARL与美国职业保龄球明星协会的克里斯·巴恩斯对决时,却以209比259大败。

绿茵场失意,棋牌场发飚

机器人在足球场上的表现多少令人失望,不过玩起智力游戏来,战绩还是很辉煌的,在国际象棋、中国象棋、跳棋等项目上,都不乏高手。

国际象棋场上,多位国际象棋冠军被斩落马下。1997年备受关注的人机大战中,“深蓝”五局三胜,战胜当时的国际象棋大师卡斯帕洛夫,让此前一度轻视电脑的卡斯帕洛夫哭笑不得。

接下来的几年,世界各地的电脑机器人棋手又先后击败克拉姆尼克、诸宸等国际象棋世界冠军。现在,连家用普通电脑上的国际象棋程序都能击败不少特级大师呢。

跳棋上,计算机程序“奇努克(Chinook)”早在1992年就已独霸天下,几乎没有输过,只是在和国际跳棋冠军马里恩·廷斯利对弈时惜败。

这些项目里,机器人选手还算是有赢有输,而最“令人发指”的是——电脑下五子棋做到了百战必胜。

荷兰的人工智能研究者Allis曾经编写了一个电脑程序,任何人同它下五子棋,只要第一个下子的是电脑一方,这位电脑棋手就可以100%保证获胜。只有在游戏规则中加入一些偏向于“后手”的规定之后,电脑“先手必胜”才会被打破。

当然在棋牌项目里,电脑也有不行的时候。

围棋就让战无不胜的机器人棋手碰了回钉子,目前,电脑程序表现最好的也只能达到职业初段水准(最高为九段)。2008年,一台超级电脑曾尝试挑战台湾的围棋九段选手周俊勋,结果,周大师不费吹灰之力,就连赢三场,电脑棋手败得一塌糊涂。

围棋机器人失利的原因情有可原。因为,相比于象棋,围棋棋局更加变化多端,可能的棋局数目是象棋的n倍,尽管电脑有强大的CPU和信息存储量,遇到这么复杂的问题还是有些捉襟见肘。

另外,围棋讲究从整体上把握全局,是美感与计算并存的运动,只擅长计算的电脑难以具备“棋感”。

不过,随着计算机的运行速度越来越快,程序也变得更智能,电脑成为围棋世界冠军指日可待。