机器人足球:这项“美丽的运动”如何推动人工智能与自动化发展

Programming a robot at a RoboCup tournament in Germany.
"Important real world applications can start with creating robot footballers," said the World Economic Forum's head of artificial intelligence.Image: Photo by C M on Unsplash
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  • 足球的复杂性使其成为人工智能和自主技术面临的一项艰巨挑战。

  • 国际RoboCup联合会组织机器人足球比赛,并发表有关机器学习的科学论文。

  • 专家指出,机器人足球领域的进展对其他自动化形式具有重大意义。

1997年,一款名为深蓝的计算机程序在一场备受关注、持续数日的国际象棋比赛中击败了当时的世界棋王加里·卡斯帕罗夫。爱好者们一直在争论这场比赛的公平性,但计算机的胜利是机器学习领域的重大里程碑。

如今,研究人员正借助另一项运动推动人工智能(AI)和自动化发展:足球。

足球所需的敏捷、策略和团队协作,使这项美丽的运动成为人工智能和自主技术面临的一项艰巨而富有成效的挑战。长期以来,组织全球机器人足球锦标赛的国际RoboCup联合会一直引领着这类努力。

“RoboCup是一项非常特别、独具启发性的活动,”RoboCup前主席、人工智能开发与研究公司Sony AI America执行董事彼得·斯通说。“它将对人工智能和机器人如何改变世界的长期宏大构想,与务实而紧迫的考量结合起来,例如如何设计、制造和编程定制原型机器人,使其能够感知、决策并采取行动。”

根据RoboCup规则,每支队伍都必须由完全自主的机器人球员组成;比赛开始后,人类教练不得与机器人球员互动。斯通同时也是美国德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学教授,并担任该校学习智能体研究组主任。他指出,机器人足球方面的成果推动了人工智能和机器学习的多个领域发展,包括人机交互、计算机视觉和多智能体系统等。

这些进展发表于RoboCup研讨会上。该组织的出版部门迄今已发表数百篇科学论文,详述比赛中涌现的机器学习突破。

RoboCup是人工智能和机器人领域一项持久的重大挑战,也是培养下一代人才的训练场

彼得·斯通,奥斯汀德克萨斯大学计算机科学教授、Sony AI America执行董事兼RoboCup前主席

近期,研究人员也利用足球推动人工智能发展,成功创造出数字球员,让它们在计算机模拟中相互对抗并学习这项运动。该项目于8月发表于《科学机器人学》,这是一份经过同行评审的科学期刊。研究人员利用人体运动数据和其他机器学习系统,使球员能够完成并提升足球技能。

研究团队写道:“我们在模拟人形足球比赛中,探索了运动控制与长时程决策的整合问题;这项任务需要敏捷的运动控制和多智能体协同。”“我们的工作全面展示了在多智能体环境中,于多个尺度上实现习得式综合决策。”

专家指出,机器人足球领域的进展对其他人工智能和自动化形式也具有重大意义,例如自动驾驶汽车和护理机器人。

“许多国家的年轻人口不足以照料老年人。机器人将成为提供照护的一种方式,让人们保持活跃,并能更长时间地住在自己家中。自动驾驶汽车将为老年人提供出行能力。”世界经济论坛人工智能与机器学习主管凯·弗斯-巴特菲尔德说。“这些重要的现实应用可以从创造机器人球员开始,因为敏捷性、机器视觉和机器学习方面的测试对踢好这项运动至关重要。”

例如,RoboCup已拓展其工作范围,增设了展示自主服务机器人的竞赛组别,其中包括RoboCup@Home组别,重点开发机器人个人服务和家政服务能力。该组织还举办RoboCup Rescue组别,各队竞相开发供应急响应人员使用的先进机器人工具。该赛事最近一届的获胜者是来自日本京都大学的研究团队,其搜救机器人展现了新颖的灵巧能力。

足球固有的复杂性,使RoboCup足球锦标赛持续成为机器人和人工智能研究人员的重要灵感来源与挑战。

斯通问道:“足球会不会像国际象棋、跳棋、扑克、《危险边缘!》、星际争霸、《GT赛车》以及其他迄今由人类从事、后来被人工智能攻克的活动一样?还是说,真实世界感知能力以及接近人类的速度和敏捷性要求,会让足球仍遥不可及?”他表示:“这个问题在业内仍引发争论,也充满不确定性。”

尽管如此,RoboCup组织者仍坚持一个宏大的目标:到21世纪中叶,一支完全自主的机器人足球队将与最近一届世界杯冠军队交锋并取胜。

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