2020-06-21
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乒乓球机器人展示了人工智能强大的“行为”能力。未来，随着乒乓球机器人的升级与成熟，将会助力运动员更好训练，助推乒乓球运动的普及。
前段时间，国际乒联发布的一条“史上最长乒乓回合”视频在网络上引发了球迷的广泛关注。视频中，专业球员和乒乓球爱好者利用球拍、锅铲、书本等不同的工具在不同的环境中接力回球，上演了一场趣味横生的乒乓大联欢。
如今，人工智能技术的运用更为乒乓球运动插上了想象的翅膀，拥有一颗智慧“大脑”的乒乓球机器人不断发起挑战，它会战胜乒乓球世界冠军吗？
助运动普及
2014年，德国乒乓球名将波尔迎战一台名为库卡的乒乓球机器人。面对机器人，这位前世界第一选手高接低挡，却只能依靠滚网球和擦边球紧追比分，最终险胜。虽然这场对决只是一段广告营销，彼时机器人的水平还不是很强大，但想象力的种子已在科研人员的心中种下。
上海体育学院中国乒乓球学院与新松机器人自动化股份有限公司合作，研制出两代庞伯特（Pongbot）乒乓球对打机器人。尽管对打机器人只有一条机械臂，但已经可以实现人机对战。同时，通过人工智能算法中的深度学习和强化学习模型，对打机器人能一边打球一边“钻研”对手的动作和击球方式，通过预测乒乓球轨迹拟定回球策略。
乒乓球奥运冠军邓亚萍曾在一档电视节目中与第二代对打机器人过招，分别从速度、力量和旋转等3个维度测试机器人的性能。从刚开始面对快攻时的“束手无策”，到最后已经可以成功接住难度较高的下旋球，一两百个回合交手下来，机器人展现了强大的适应和学习能力。“乒乓球机器人的潜力很大，不能小瞧。”邓亚萍说。
其实，机器人在医疗、汽车、化工、教育等领域已经有着广泛应用。在体育领域，也有公司生产过可以完成体操动作的机器人。参与了乒乓球机器人研发工作的上海体育学院中国乒乓球学院副院长任杰说，设计乒乓球机器人的初衷是利用科技手段助力运动员更好地训练，同时推动乒乓球运动的普及。
学习能力强
今年3月，庞伯特对打机器人的“兄弟”产品——发球机器人面世。发球机器人拥有两条机械臂，可以一只手出球，一只手执球拍击球。和传统发球机直接快速出球相比，发球机器人高度还原了真人发球动作，为运动员提供了观察“对手”的时间，锻炼了运动员的反应能力和对球的处理能力。
但要想做到高度拟人化，除了长得像、动作像之外，还要实现发球的多变。任杰介绍，发球机器人可以设置出球的不同旋转类型、落点，能通过球拍快换模拟不同的打法风格。“这样一套组合练下来，我感觉仿佛在和真人交手，还是一个高手！”一位体验者感叹。
发球机器人的“撒手锏”，是轨迹分析和动作分析功能。两台分布式双目视觉系统如同一双“慧眼”，及时捕捉球及运动员的运动轨迹，再加上人工智能算法这个“大脑”进行深度学习，及时调整技战术策略，一套“组合拳”让发球机器人“睿”不可当。
“如果打败人类围棋高手的‘阿尔法狗’向我们展示的是人工智能强大的‘思维’能力，那乒乓球机器人则展示了人工智能强大的‘行为’能力，体现工业自动化领域在精准识别、快速反应、灵活控制等方面的制造实力。”任杰说。
凭借对乒乓球运动的深刻理解，中国乒乓球学院在合作研发乒乓球机器人的过程中少走了不少弯路。发球机器人在设计初期时，被设定的出球速度很快，后来发现这超过了多数运动员的接受能力，不仅起不到锻炼效果，还增加了马达、电机等配置，完全没有必要。“技术研发要符合现实规律。”任杰说，“所以我们建议参照教练进行多球训练时的出球速度、频率和球的旋转对机器人进行调试。”
应用前景广
过去的乒乓球课，20个学生分享10张球台，如果老师逐一进行多球训练，一节课下来往往很难兼顾到所有学生。中国乒乓球学院训练部主任顾楠介绍，开学后学院将在课堂教学中投入10台发球机器人，通过个性化设置，每个学生都能在适合自己当前水平的模式下进行针对性训练。这样，老师就有更多时间指导学生。
机器人可以辅助教学，训练的对象可不可以也是机器人？中国乒乓球学院就让发球机器人和对打机器人成了“师徒”，前者用专业的训练模式，根据徒弟的进步水平灵活调整课程训练；后者快速学习不同的回球策略。
如果说对打机器人的目标是打败乒乓球世界冠军，那么发球机器人走的就是“亲民”路线，更适合一般乒乓球爱好者进行基本功练习。在未来，除了日常教学外，发球机器人还可以走进社区健身中心、乒乓球俱乐部等。有了这样一台机器，一人也能打球，设定好相关数据，就可以来一场酣畅淋漓的对决。
任杰畅想，未来借助5G和AR（增强现实）等技术，机器人或许也可以实时同步线上另一端参与者的动作，实现乒乓球比赛的“云约战”，让打乒乓球突破时空的限制，变得更有趣。上海体育学院中国乒乓球学院院长施之皓希望，通过人工智能技术与乒乓球运动的结合引领世界乒乓球运动的发展潮流，同时，在对乒乓球机器人相关产品不断升级的过程中，将更多的技术创新运用于乒乓球高层次人才培养上。
