中国新闻周刊:机器人足球队何时捧大力神杯?(组图)

http://www.sina.com.cn 2003年09月10日10:52 中国新闻网

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　　在2050年的世界杯上，最终捧得大力神杯的会是一支“非人”球队吗？这个问题已经勾起了尚处于21世纪之初的人类的好奇心

　　8月25日，马斯特杯2003年中国机器人大赛圆满落幕，各大学代表队的机器人一系列精彩传球、带球、射门，让国人着实大饱眼福。

　　而更让人振奋的是参赛者们的豪言壮语：在2050年人形机器人队将打败世界杯冠军队！

　　中国自动化学会机器人竞赛工作委员会主任，清华大学计算机系教授孙增圻很肯定地告诉中国《新闻周刊》，“这个目标绝非只是参赛者们的凭空猜想。”

　　“车形”机器人

　　大自然创造了人类，人类又在创造着机器人。按照日本科学家加藤一郎的界定，所谓机器人应该是具有脑、手、脚等三要素的个体，它们具有非接触传感器(用眼、耳接受远方信息)和接触传感器，以及具有平衡觉和固有觉的传感器。

　　而现实意义上的机器人的定义更加宽泛，凡是“能编程的机器”，都可以称之为机器人。因此，尽管比赛中在“足球场”上叱咤风云的“运动员”们的外形与人形相差颇远，他们还是毫无疑问地属于机器人的范畴。

　　事实上，据刚刚从马斯特杯凯旋而归的清华大学代表队的成员之一，计算机系的博士生唐华斌介绍，虽然从2002年开始增加了类人组机器人的比赛，但在目前的机器人足球比赛中，非人形的机器人仍然占据了主流地位。

　　记者在清华大学计算机系的实验室里看到了清华与新加坡合作开发的足球机器人。它看起来更像是一个长宽高均为18cm左右的圆形小车，“腿部”由两个轮子代替，既能前后转动，也可以左右转动，足以保证机器人转身时的敏捷性。在它的前方，安置了一个专门的进球设备一个长不过1分米的横条，其后部由螺线管制成，依靠电磁发力推动“足球”。而在进球装置的上方，还有一个带球装置，能够保证机器人在带球行走时不至于把球给弄丢。

　　虽然不具有人形，但这个足球机器人却拥有类似于人类的视觉和听觉。为它提供“眼睛”的是机器视觉技术，带有“双眼”的机器人可以理解和判断比赛环境及其动态变化。而无线电通讯技术又给机器人提供了一双“耳朵”，可以用来解决各机器人之间相互沟通所必需的通信网络系统。

　　仿真：足球“运动员”们的教练

　　有了眼睛和耳朵的机器人还不足以成为一个好的“运动员”。与足球运动员一样，机器人必须要被告知在球场上应该采取什么样的策略、怎样与队友配合，所不同的是，对机器人起指导作用的，不是人，而是软件。而考察软件方面的责任就落在了仿真组身上。

　　仿真组的研究重点是球队的高级功能，包括在球场这样一个动态不确定环境中，机器人之间的合作、机器学习和策略等问题。仿真组的比赛完全是在标准软件平台上进行的，并不需要机器人实体进行参与，它其实考察的是参赛组在程序设计以及策略筹划上的精密程度。

　　程序员在设计球员的能力时，并不能把每个球员的体力以及智力设为最高状态，而是必须充分体现控制、通讯、传感和人体机能等方面的实际限制，使得仿真球队程序能够成为机器人球队的合格的控制程序。比如说，同人类踢球一样，机器人在球场上有视角和距离的限制，甚至要受到误差的影响，此外，系统服务器还会对双方队员在最大速度、最大加速度以及体力等方面进行限制。

　　应该说，仿真组所研究的智能控制技术，实际上是为机器人提供了比赛必需的“决策”能力，也就是说，为机器人提供了必不可少的“教练”。

　　射门同样精彩

　　硬件和软件的双重配合是足球机器人叱咤球场的重要保证，而同人类一样，灵活的移动、果断而正确的处理球则成为影响比赛胜负的关键。作为2002年机器人足球世界杯的冠军得主，康奈尔大学的BigRed球队可谓是这方面的一等好手，其反应之灵敏、比赛之精彩让人不禁为之惊叹。在世界杯决赛回放中常常会看到这样的画面，当双方在门前争持不下的时候，BigRed的机器人往往能利用每一个小空隙，抓住机会给对手致命一击。良好的移动能力使得他们在发现空档的时候能迅速插上，并且选择合适的角度，以迅雷不及掩耳之势，抢在对方后卫之前将球攻入对方大门。

　　机器人也有“黑哨”？

　　机器人选手们有时候也不得不面对来自于“黑哨”的干扰。

　　所谓“黑哨”，其实就是无线干扰之类的手段。由于机器人是靠着无线通讯来与队友们进行沟通的，而比赛的双方，一边用418MHz的通讯频率，另一方用433MHz，如果一方偷偷地发射对方频率的信号，就会干扰对方的通讯，让对方的机器人在行动控制上出现紊乱。

　　唐华斌介绍说，对于机器人比赛中的“黑哨”，现在防止的手段只能是采用频率监测仪。但是这种仪器使用率并不高，即便在国际比赛也是在决赛阶段才用。

　　看来，机器人足球与“黑哨”的斗争同样也是任重而道远的。

　　2050年能否战胜人类

　　1997年，当“深蓝”战胜了国际象棋的世界冠军卡斯帕罗夫时，世人开始惊叹于计算机庞大的运算能力。而如今，有人预言，在2050年的世界杯上，也许登上冠军宝座的，不是巴西、法国以及任何一个世界强队，而是一支由人类创造的类人机器人球队。

　　对此持乐观态度的科学家不在少数。中国自动化学会机器人竞赛工作委员会秘书长李实指出，“从1998年到现在，5年的时间里，机器人足球技术发展很快，甚至呈加速度递增。”

　　无论如何，2050年的机器人的确让人期待，它无论在外形上，还是在组织结构、人造器官甚至耳、眼、判断力等方面都要与人类接近。以肌肉为例，类人机器人不应该是钢铁的外壳，它必须要有人造的、柔软的肌肉。目前，英国已经研制出人工肌肉气囊，一边充气，一边放气，以此来保证肌肉的收缩和柔软性。

　　在李实看来，要打败人类，最迫切的质的突破还是来自于机器人的团体配合。即便机器人有足够强的能力带球、奔跑、射门，但足球运动毕竟是团体运动，如果不知道与队友配合，个体机器人再强也没有用。进入上世纪80年代，科学家开始研究分布式人工智能和分布式系统，也就是如何使机器人的集体智慧达到最大。

　　然而，“目前这方面研究仍然处于摸索阶段，理论框架还没建好”，李实坦言。他指出，在仿真组比赛中，各国实际上都面临着很大问题，如队员配合、队形变化、教练的设计等。这些都是需要群体配合的，而目前仍然没有形成一个理论来解决这个领域的问题。包括我国在内的大多数国家对此都是采取了就事论事的态度，即只是针对个别问题想出具体方法，但每一个方法只能是针对一个问题，并不具有普遍功效。

　　差距固然存在，“但是50年的时间足以让机器人技术有质的飞跃。”孙增圻始终坚信这一点。

　　的确，人类科技在历史上很多次质的飞跃，都经历了大约50年的时间。从1903年莱特兄弟驾驶第一架飞机飞行，到1961年人类第一次进入太空；从1946年第一台计算机问世，到1997年“深蓝”首次战胜人类棋手，无一例外。(记者／陈静）