中國(guó)足球的世界杯冠軍夢(mèng)，竟由一群 1.2 米高的 “鋼鐵球員” 率先圓了！不久前，在巴西薩爾瓦多的綠茵場(chǎng)上，RoboCup 機(jī)器人世界杯人形成人組的終場(chǎng)哨聲為中國(guó)的隊(duì)伍吹響 —— 清華大學(xué)火神隊(duì)在決賽中強(qiáng)勢(shì)登頂。
這不僅是中國(guó)隊(duì)伍首次在該組別奪冠，更是讓世界看到了中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的硬核實(shí)力?？偱_(tái)中國(guó)之聲記者專(zhuān)訪(fǎng)清華大學(xué)火神隊(duì)，揭秘這支隊(duì)伍如何過(guò)關(guān)斬將，最終捧起冠軍獎(jiǎng)杯？
機(jī)器人也能踢足球？沒(méi)錯(cuò)，當(dāng)身高1.2米的“鋼鐵球員”在綠茵場(chǎng)上加速前進(jìn)、倒地后自主爬起、踢球射門(mén).....觀(guān)眾席爆發(fā)的歡呼聲不亞于人類(lèi)比賽時(shí)的進(jìn)球時(shí)刻。
機(jī)器人世界杯首屆比賽始于 1997 年，是目前國(guó)際上級(jí)別最高、規(guī)模最大、影響最廣泛的機(jī)器人賽事之一，其中的人形組賽事包括成人組和小型組，在所有比賽項(xiàng)目中受關(guān)注度最高。RoboCup 機(jī)器人世界杯清華大學(xué)火神隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)陳蓬輝說(shuō)，此次在成人組比賽中奪冠，不僅創(chuàng)造了隊(duì)史，更改寫(xiě)了中國(guó)在該項(xiàng)目上的歷史。
陳蓬輝：在奪冠那一瞬間，我大腦其實(shí)是短暫空白的，之后，隨之而來(lái)的主要是一種比較難以言表的激動(dòng)和自豪。因?yàn)檫@次奪冠不僅是我們清華火神隊(duì)的首個(gè)世界冠軍，也是中國(guó)隊(duì)伍首次在RoboCup成人組中登頂，承載著我們火神隊(duì)21年來(lái)不懈探索以及技術(shù)傳承。
這份激動(dòng)與自豪，背后是 21 年的堅(jiān)守與傳承。自 2005 年第一次參加世界杯賽，到如今攀爬至頂峰，參加比賽的學(xué)生換了一批又一批，但帶隊(duì)的老師卻一直都是清華大學(xué)自動(dòng)化系研究員、機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)室主任趙明國(guó)，他也是火神隊(duì)的創(chuàng)始人。
趙明國(guó)：我們是2004年成立火神隊(duì)，2005年就第一次參加（RoboCup 機(jī)器人世界杯）比賽了，我們2008年得過(guò)亞軍，從2008年到2019年，好多次都在前三名里頭，但是我們沒(méi)得過(guò)冠軍。RoboCup里面分好多組，一大類(lèi)是足球，足球里面又細(xì)分很多組，人形組在其中級(jí)別最高，今年我們是第一次獲得人形成人組的冠軍，也被評(píng)為最佳機(jī)器人，還有一個(gè)跟世界杯“大力神杯”似的獎(jiǎng)杯。
從一次次的二三名次到最終問(wèn)鼎，是我國(guó)機(jī)器人足球技術(shù)不斷突破的 21 年。早些年時(shí)的機(jī)器人足球比賽策略是“寧可慢也不要摔”。這也是機(jī)器人在足球比賽時(shí)一直邁小碎步前進(jìn)的原因，因?yàn)椴阶由源笠稽c(diǎn)就可能失去平衡栽倒在地。趙明國(guó)說(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)，受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，機(jī)器人的耐摔性不強(qiáng)，一旦出現(xiàn)零部件故障的情況，就只能換機(jī)器人或退出比賽。
趙明國(guó)：打比賽的過(guò)程其實(shí)是個(gè)消耗戰(zhàn)，因?yàn)閺念A(yù)賽到?jīng)Q賽，其實(shí)要打好多場(chǎng)，如果就兩臺(tái)機(jī)器人，打比賽的過(guò)程中，機(jī)器人就會(huì)有戰(zhàn)損。優(yōu)秀的隊(duì)伍機(jī)器人也會(huì)壞，等到了決賽階段，它可能原來(lái)有四五個(gè)機(jī)器人，等決賽上場(chǎng)時(shí)，可能就只有兩個(gè)了。
過(guò)去機(jī)器人足球賽更像是一場(chǎng)小心翼翼的提線(xiàn)木偶表演。機(jī)器人球員比賽時(shí)，場(chǎng)邊必須配備保護(hù)人員，隨時(shí)準(zhǔn)備扶起摔倒或可能發(fā)生碰撞的機(jī)器人，防止昂貴的設(shè)備損壞。這極大限制了比賽的流暢性、對(duì)抗強(qiáng)度和自主性。
這樣的“消耗戰(zhàn)”也曾一度讓這個(gè)隊(duì)伍倍感壓力，而產(chǎn)學(xué)研的深度融合，為技術(shù)突破帶來(lái)了新的轉(zhuǎn)機(jī)。2年前，趙明國(guó)的學(xué)生、火神隊(duì)第三任隊(duì)長(zhǎng)在北京成立加速進(jìn)化科技公司，致力于打造人形機(jī)器人產(chǎn)品。自此，火神隊(duì)開(kāi)始與加速進(jìn)化合作，趙明國(guó)和團(tuán)隊(duì)帶著企業(yè)研發(fā)的機(jī)器人參加各種比賽，但遺憾的是，2024年仍與世界杯冠軍擦肩而過(guò)。
趙明國(guó)：去年的機(jī)器人還不是很可靠，摔了，會(huì)有一些故障，自己也起不來(lái)，我們就深受影響，所以今年我們決定一定要把這個(gè)問(wèn)題解決掉。機(jī)器人（在比賽中）難免要撞，撞就會(huì)摔，我們用的機(jī)器人不能摔幾次就壞了，第二個(gè)，摔倒了之后，如果沒(méi)有人能扶，機(jī)器人得自己起來(lái)，還得快，這樣我們的比賽才可以快速繼續(xù)進(jìn)行，所以我們就把這兩點(diǎn)作為硬件平臺(tái)最重要的兩點(diǎn)（來(lái)解決）。我們后面開(kāi)發(fā)的是一種算法，強(qiáng)化學(xué)習(xí)，讓它在各種情況下都能爬起來(lái)，而且很快，一秒兩秒就起來(lái)了。
同時(shí)，快速精準(zhǔn)地控球、果斷射門(mén)往往也是機(jī)器人比賽中決定勝負(fù)的關(guān)鍵要素。
趙明國(guó)：傳統(tǒng)的邏輯就是視覺(jué)——定位——決策——再去行動(dòng)。我們現(xiàn)在沒(méi)有用這套邏輯，我們用的是端到端，視覺(jué)直接推演行動(dòng)了，靠訓(xùn)練做出來(lái)的一個(gè)結(jié)果。我們今年第一次把端到端的技術(shù)跑通了，效果就特別好。
正是這項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)突破，讓火神隊(duì)在本屆比賽中展現(xiàn)出了壓倒性的優(yōu)勢(shì)。本屆機(jī)器人足球世界杯開(kāi)戰(zhàn)以來(lái)，中國(guó)戰(zhàn)隊(duì)一路表現(xiàn)亮眼。清華火神隊(duì)使用的國(guó)產(chǎn)加速進(jìn)化T1機(jī)器人，身高1.2米，體重30公斤，一塊電池可確保行走兩小時(shí)或站立四小時(shí)，以 16:0、9:0、12:0 的大比分戰(zhàn)勝一眾對(duì)手，順利打入成人組機(jī)器人決賽。
而最終的決賽，在清華大學(xué)火神隊(duì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)山海隊(duì)之間展開(kāi)，有趣的是，對(duì)手中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)山海隊(duì)，同樣使用加速進(jìn)化T1機(jī)器人。同一款機(jī)器人，最終火神隊(duì)之所以以 5:2 戰(zhàn)勝山海隊(duì)獲得冠軍，決勝的關(guān)鍵，陳蓬輝說(shuō)便落在了技術(shù)算法的較量上。
陳蓬輝：我認(rèn)為我們的核心優(yōu)勢(shì)其實(shí)可以概括為算法先進(jìn)、系統(tǒng)成熟，硬件扎實(shí)。比如說(shuō)，在運(yùn)動(dòng)控制算法部分，我們的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)1.5米/秒的穩(wěn)定高速運(yùn)動(dòng)，以及具備摔倒后快速自起的能力。此外，在比賽過(guò)程中，我們是通過(guò)實(shí)施視覺(jué)感知來(lái)精確判斷球的位置，然后通過(guò)決策來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整機(jī)器人的速度與方向，從而去實(shí)現(xiàn)比較高質(zhì)量的控球與射門(mén)。比如，決賽中最后鎖定勝局的那一大力射門(mén)，這一技術(shù)實(shí)際上是由我們團(tuán)隊(duì)的成員主導(dǎo)研發(fā)的，也是我們近期在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法上的一項(xiàng)比較重要的突破。這一項(xiàng)技能極大提升了我們?cè)谧闱虮荣愔械倪M(jìn)攻威脅，大力射門(mén)這一動(dòng)作，其實(shí)相當(dāng)于同時(shí)考驗(yàn)了機(jī)器人從感知到?jīng)Q策再到運(yùn)動(dòng)控制這么一整套系統(tǒng)的能力。
當(dāng)清華火神隊(duì)隊(duì)員在異國(guó)賽場(chǎng)高舉獎(jiǎng)杯時(shí)，他們托起的不僅是一座“大力神杯”，更是一扇通往未來(lái)的大門(mén)。門(mén)后，或許是能與人類(lèi)并肩馳騁綠茵場(chǎng)的機(jī)器人隊(duì)友，或許是在工廠(chǎng)車(chē)間里靈活協(xié)作的智能伙伴......此刻薩爾瓦多賽場(chǎng)的歡呼聲漸漸遠(yuǎn)去，但屬于中國(guó)機(jī)器人的奔跑，才剛剛加速。
編輯：邱收
