客觀日本

開發戰勝足球選手的機器人,還可用於自動駕駛和貨物搬運

2023年03月16日 機械/機器人

在足球比賽中可以戰勝人類選手的機器人正在開發之中。千葉工業大學的林原靖男教授的研究團隊在機器人中導入「過人」等概念,在2022年國際機器人大賽上獲得了冠軍。該技術還可應用到自動駕駛和倉庫的搬運貨物等方面,到2050年有望誕生出超越一流專業足球選手的機器人。

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在「機器人杯」國際大賽上,身高約60cm的足球機器人正在進行4對4比賽(供圖:CIT Brains)

在長6米、寬9米的球場上,身高約60cm的人型機器人正在用腳互相爭奪着足球。每隊「選手」由4臺機器人組成,分別由1臺擔任守門員、3臺擔任後衛和前鋒。

機器人足球世界大賽「機器人杯」自1997年開始舉辦第一屆以來,已有20多年的歷史。大賽設有多個不同部門的比賽形式,如使用輪子行程的機器人比賽以及將不使用實際機器人的虛擬比賽等。自2002年起,大賽還增設了接近人類足球比賽,由兩條腿行程踢球的人型機器人比賽。

電池和CPU(中央處理單元)等比賽所需要素全部搭載在機器人上,使其能夠自主行程。大賽剛創立時只有點球大戰,後隊形變換爲2對2以及3對3的比賽,2015年後變爲目前的4對4比賽形式。

踢足球的機器人由各種技術的組合而成。在用2條腿行程並踢球的前提下,需要在極短的時間内識別對方機器人和球門的位置,並選擇最佳動作。需要機器人做到和對方接觸也不輕易倒下,倒下也能馬上爬起,即時掌握自己的狀態。千葉工業大學的機器人目前可以做到每隔0.1秒進行一次狀況識別和判斷。

林原教授帶領的「CIT Brains」團隊由來自千葉工業大學的約20名大學生組成,在大賽中先後獲得過3次冠軍。2022年獲得冠軍的主要原因之一就在於運用了將球向斜前方踢出,以防止被對方奪走的技術。若單純朝着球門踢球或前進,就會加大球被搶走的機率。此次是在與對方機器人保持距離的基礎上,透過擴大腳部關節的可動區域,實施了面正踢斜,從對方的身邊過人。

在軟體的開發方面,研究團隊利用人工智慧(AI)模仿人類操作時的動作,並反復類比比賽,提高了得分能力。

林原教授表示「目前還無法踢贏小學1年級學生」,但同時也強調「與剛開始時甚至連球都難以接近的時期相比,機器人能夠進行團隊比賽是一個很大的進步」。當本方機器人隊員在球附近倒下不能動時,現在已經可以做到讓稍遠處的機器人前來接應繼續操作比賽。

機器人足球世界大賽禁止爲機器人搭載人類不具備的能力,例如不允許用雷射或感測器確定對手或球的位置。允許機器人之間以及和裁判之間進行無線通信,預計將來,機器人之間以及與裁判的交流也和人類一樣使用聲音來溝通。

應用於實際,硬體還存在問題

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能夠踢足球的機器人融合了各種技術以提高性能,可成爲開發有利於實際生活的機器人的研究素材。比如將來有望應用於自動駕駛和搬運倉庫貨物等多種用途。

2012年,美國亞馬遜公司以7億7500萬美元(約1000億日元)收購了物流支援機器人公司——美國基瓦系統公司。其創始人是曾在機器人杯上多次奪冠的研究人員——拉斐爾·丹德里亞。美國谷歌的AI和自動駕駛團隊中也有很多曾經活躍在機器人杯上的人才。

機器人杯既是一項競技,同時也有學術研究意義的活動,已經成爲研究人員之間相互交流意見、共用技術的平台。林原教授指出:「足球機器人是一個適合開發出對社會有實際用途的機器人的舞臺」。

美國Open AI「ChatGPT」等,以AI爲中心的軟體的進步明顯超過人的水平。同時,機器人等硬體需要根據實際環境進行操作,開發需要花費更多時間和成本。現在還處於無法做到像人類一樣靈巧地做出各種動作的階段。當前還需要加速推進使用壽命長、能敏捷靈活運動的材料和零件、驅動機構等硬體的開發。

日文:大越優樹、《日經產業新聞》、2023/3/3
中文:JST客觀日本編輯部