邓亚萍点赞其学习能力远超预期
武汉研发乒乓球机器人
走进全国数十家院校场馆
□ 长江日报记者陈晓彤 实习生卢江瑛
“啪”的邓亚一声,乒乓球从底座弹起 ,萍点乓球机械臂快速挥拍 ,赞武精准击球 ,汉研打出一记漂亮回旋,发乒整个过程不到一秒钟。机器
这是人学由武汉体育学院教授季云峰研发的乒乓球机器人 。1990年出生的力远季云峰曾是一名乒乓球一级运动员,6岁握拍,超预10岁进体校,邓亚每天挥拍上万次 。萍点乓球12岁那年 ,赞武他因成绩未达预期而早早退役,汉研此后便收起球拍 ,发乒走进课堂 ,机器一路读到博士。
那个儿时没能实现的竞技体育梦 ,他始终没有放弃:“我想发明一个乒乓球机器人 ,今后能参加机器人奥运会,替我站上最高领奖台。”
■ 连续人机对打6241次零失误,创下吉尼斯世界纪录
8月11日 ,在武汉体育学院实验室 ,长江日报记者看到这台手握球拍的黑色机械臂机器人 。它有着铝合金骨架、碳纤维外壳,季云峰和它现场对打,无论正手攻球还是反手,机器人都游刃有余 ,动作轻盈 ,击球有力。
季云峰介绍,它最核心的是一双眼 、一个脑、一只手。
“眼睛”是两台高速双目摄像头 ,无死角覆盖整张球台,能瞬间捕捉球速、旋转 、轨迹,毫秒级完成测算与决策 。“手”是一个4自由度机械臂和一套二维滑轨,能上旋球压拍 、下旋球仰拍,能正手攻球 、反手挡球 ,也能拉弧圈 、搓球,适配各种打法。而“大脑”是团队自研的强化学习算法,能在不断对打中自我优化、自主进化 。
2008年,季云峰考入上海理工大学电子信息专业,开始探索乒乓球机器人研发 。他用普通手机拍下自己打球的视频,再编写图像处理代码 ,开启研发第一步:让电脑能“看见”球在哪。他回忆 ,那时设备简陋 ,只能“手搓”。算法虽能识别乒乓球 ,但电脑算力跟不上,短短两秒的击球片段 ,识别运算就要耗费二三十秒。
2012年,季云峰留校攻读硕士 ,研发迎来第一次突破 。在导师协助下,他借到实验室200帧高速工业相机 ,画面捕捉速度大幅提升 。算法也从二维平面跨越到三维空间坐标,定位精度显著提高 。
博士阶段 ,乒乓球机器人迎来研发关键点。季云峰师从国乒名帅施之皓,还远赴德国汉堡大学开展联合科研,正式启动整机一体化设计。
“每一次迭代都是摸黑前行 。没有现成方案可以照搬,团队接连攻克多个世界级行业瓶颈。”季云峰感慨地说。例如在实战中,乒乓球几乎没有无旋转球,侧旋 、弧圈会大幅偏移原有飞行轨迹。此前,全球同类设备都难以精准测算旋转参数 。团队反复调试双目相机布设角度,采集上亿帧球体动态影像 ,搭建测算模型 ,最终仅依靠4帧图像就能精准计算球体转速 ,成功打破行业技术壁垒。
而在硬件配套方面,市面上没有适配高速对抗场景的乒乓球专用滑轨、轻量化高速机械臂与微型伺服电机,团队逐一对接数十家供应商,反复调校设备尺寸 、自重、加速响应参数。同时坚持轻量化、民用化设计思路 ,将整机成本压缩 ,打造出能实现商业化批量投产的乒乓球机器人。
2021年9月,季云峰亲自上场,与自己研发的机器人连续对战近两小时,达成6241次人机零失误连续对打,创下全球乒乓球人机对战的吉尼斯世界纪录 。
■ 不仅能接快球 ,甚至还会拉球和搓球
武汉体育学院乒乓球专项生江晟龙常和这台机器人切磋,他告诉记者 ,和专业运动员相比 ,它略逊一筹,但明显能感受到它惊人的进步速度。
“最开始和它对打,它发球和击球的轨迹还较为单一,如果我发力扣球 ,它有些反应不过来 。现在和它打,它不仅能接快球 ,甚至还会拉球和搓球,如果稍有分心 ,有些球我已经接不住了。”江晟龙说。
目前,这款乒乓球机器人已走进全国数十家科技馆 、青少年宫、体育院校 。8月14日 ,合肥科技馆人流如织 ,小朋友们排着队体验。“如果是市民体验,我们会把球速调到每秒一两米,回球稳稳送到拍前 ,增强体验感和成就感 。换到专业模式,哪怕对面球速达到30米/秒、转速高达170转/秒,它也能精准预判、快速移动 。”合肥科技馆研发部负责人曹晓翔说。
乒乓球机器人研发落地后 ,不少“国手”前来体验。大满贯得主邓亚萍曾上机测试,分别用快攻、弧圈 、下旋球三类高难度球路检验机器人性能 。几番交手下来 ,邓亚萍对乒乓球机器人稳定的性能十分肯定。她感慨机器人适应学习能力远超预期 ,它能弥补基层专业教练缺口,降低全民乒乓球训练门槛,具备广阔落地前景 。
放眼全球,有不少科研团队聚焦乒乓球机器人研发。但季云峰很自信:“我们坚持走‘高性能+低成本+可量产’路线 ,这在全球是少见的。”
他表示 ,国外有一款知名乒乓球机器人 ,虽然实现9个高速相机环绕和8自由度机械臂,但生产成本、安装成本和使用成本都很高,无法量产 、走进生活 。“我们的乒乓球机器人在成本和性能上达到平衡 ,从而实现商业化 。”
■ 乒乓球机器人算法 ,正走向船舶、医疗与人形机器人
在季云峰位于武汉体育学院的实验室还有一台颠球实验装置。乒乓球放在底座上,能被无限次颠起 ,且能变换不同颠球轨迹 ,每一次落下的位置都能精准控制。这不是杂技 ,是另一套算法在运转 。
“颠球看似简单 ,本质是毫秒级的动态平衡控制。”季云峰说 ,同一个技术内核,换个场景 ,就从球桌走向了更广阔的天地。“未来 ,我们乒乓球机器人的相关算法,可以应用到各行各业。”比如安装在船舶稳控系统上 ,能抵消风浪造成的船体晃动;用在医用平衡床上,减少救护车转运对重伤员的二次颠簸;双足人形机器人的稳定行走,底层也用到了同样的算法逻辑。
今年,一直扎根上海的季云峰选择来到武汉,搭建全新具身体育智能实验室。团队核心研发人员平均年龄二十六七岁 ,大多是刚毕业和在读的硕士、博士。
“武汉体育学院有完整的体育学科链条、海量专业运动员资源与全民健身产业渠道,能帮助我精准对接市场真实需求 。”季云峰表示,他们将加速推动核心高速视觉和动态平衡控制的技术落地,依托武汉船舶、医疗、精密制造产业资源拓展应用边界 ,拓宽科研成果的产业价值。