上才艺!4位华人小伙让宇树G1人形机器人学会打乒乓,能与人类“过招”超100次

头部科技 2025-08-29 18:24
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文丨丁灵波
人形机器人作为科技行业的新宠,今年热点不断。
它们不再是神秘的试验品,而是以空翻、奔跑、舞动的矫健身姿闯入大众视野,从马拉松、足球赛、拳击格斗等运动竞技,到工业车间搬运、物流分拣、无人零售、家庭服务等干活儿场景,人形机器人的全能力PK如火如荼,不断扩大着机器人的能力边界。
现在,它们竟然还学会打“国球”乒乓了,而且打得有模有样。
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今天,一项由4位华人小伙儿参与的创新研究表示,可以让人形机器人在现实的业余乒乓球比赛中与人类进行连续100多次击球——完全自主、亚秒级反应、类似人类的打球手法,研究人员将之命名为:HITTER。
网友们直呼:Amazing,有田径赛跑的、有体操空翻的、有踢足球的还有打乒乓的,什么时候举办世界机器人奥运会?
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一种创新的“分层”框架
人形机器人近年来在运动和全身控制方面取得了令人瞩目的进展,但在需要通过操控与动态环境快速交互的任务中,它们仍然受到限制。
让人形机器人打乒乓球需要应对四重挑战:快速的感知能力、以正确角度和速度拦截乒乓球的精准控制能力、迅速决策能力,以及协调全身数十个关节运动到位进行回球。
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乒乓球运动中,球速通常超过5米/秒,运动员必须在亚秒级(不足1秒)的反应时间内完成感知、预测与动作执行,如果换成人形机器人,对其灵活性与精度均提出了极高要求。
为了解决这个问题,研究人员提出了一个人形机器人打乒乓球的分层框架,该框架将基于模型的规划器(用于乒乓球轨迹预测与球拍目标规划,与基于强化学习的控制器(用于全身控制)相结合。
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其中,规划器负责确定击球位置、速度与时机;控制器则生成手臂与腿部的协同动作——既模仿人类的击球姿态,又能在连续对打过程中维持机器人的稳定性与灵活性。
为了使机器人动作更贴近人类自然姿态,研究人员在训练过程中还融入了人类运动参考数据。
最后,他们在通用型人形机器人Unitree G1上对该系统进行了验证:其与人类对手对打时,连续击球次数最高可达106次;同时,该机器人也能与另一台人形机器人实现持续对打,具备亚秒级反应控制能力的真实场景人形机器人乒乓球运动,再次把人形机器人 “灵活交互型行为” 向前推进了一步。
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“机械臂”乒乓进化到“人形”乒乓
让机器人打乒乓倒不是第一次,不过先前很多都是机械臂来操作,并非完整的人形机器人上阵。
例如早在2013年,日本制造商欧姆龙 (OMRON)曾推出一款名为FORPHEUS的乒乓球机器人,搭载钛金属手臂,反应相当灵敏,这个机器人在2016年还被吉尼斯世界纪录认定为“首位机器人乒乓球教练”。
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被美的集团收购的德国工业机器人厂商库卡(KUKA),在2014年也有一条人机乒乓大战的广告走红,展示其工业机械臂的稳定性、精准度和敏捷性。
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值得关注的研究在今年5月份,麻省理工学院(MIT)的工程师们开发出了一种功能强、重量轻、能够高速精准回击的乒乓球机器人,这款原型机由一个多关节机械臂组成。

在多个高速摄像机和高带宽预测控制系统的帮助下,机械臂可以快速估算来球的速度和轨迹,并执行多种挥拍方式,包括弧圈球、抽球或削球,从而将球精准地击打到桌上的目标位置,并形成各种旋转。

测试中,工程师们向机器人连续投掷了150个球,机器人成功回击了所有三种挥拍方式的球,命中率高达88%左右,且击球平均速度为11米/秒,堪称一大进步。

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MIT的研究人员曾表示:“以前那些都是专门为打乒乓球而设计的机器人,而我们正在探索如何将乒乓球运动的技术转化为更通用的系统,比如一个可以做很多不同、有用事情的人形机器人或拟人机器人。”

这不,过去不到3个月这个小目标就实现了。

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对HITTER的评估结果显示,在虚拟击球平面上,这台经过“乒乓球特训”的Unitree G1在26个不同方向的来球中,成功回球24个,1 个来球未完成回球,1个来球完全未击中,对应的击球成功率为96.2%,回球成功率为92.3%。

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另一个亮点就是,全身控制策略使得人形机器人具备灵活的到位能力,能够在保持平衡的同时,从球台右侧迅速跨至左侧,并成功完成击球动作,同时,该全身控制策略可生成类人化的击球动作,包括击球时的协同转腰动作,而且可以和不同身高的人打。

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未来的目标很“科幻”

HITTER作为一种基于分层规划与学习的人形乒乓球机器人,目前仍有几大局限性:

1、虚拟击球平面限制,当前系统假设乒乓球台末端存在一个固定的虚拟击球平面,这一设定限制了击球策略的多样性,在应对过短或过长的来球时效果会不好;

2、依赖外部动作捕捉系统,球体位置与机器人底座姿态的信息需由外部动作捕捉系统提供,机器人本体还不具备;

3、旋转球处理能力与击球技巧的局限,现在它只学会了相对简单的“平推” 回球技巧,正手拉弧圈球、反手削球、侧旋挡球什么的它接不住。

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AI生成画面


研究人员表示,多智能体训练与发球功能,以及学习与高水平对手对抗是下一步的目标,未来希望能打造出具备“锦标赛级水平”的人形机器人乒乓球选手。


HITTER的研究论文小组共有8人,其中4位来自中国。


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一作Zhi Su是清华大学姚班2022级本科三年级学生,研究导师是吴毅教授,现在是加州大学伯克利分校混合机器人实验室的访问学生,专注于机器人学习领域,目前还正在寻求博士职位。
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二作Bike Zhang于2017年获得华中科技大学电气工程及其自动化专业工学学士学位,目前正在美国加州大学伯克利分校攻读机械工程博士学位,研究兴趣包括预测控制和强化学习及其在足式机器人中的应用。


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其中,Yuman Gao在2021年毕业于浙江大学控制科学与工程专业,并同时在竺可桢学院攻读高级工程教育荣誉班(ACEE)辅修学位,目前,他在浙江大学FAST实验室攻读自动化博士学位,研究方向包括多机器人系统的运动规划和自主导航。


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Qiayuan Liao目前是加州大学伯克利分校混合机器人实验室(Hybrid Robotics)二年级博士生,他曾是广东工业大学DynamicX机器人团队队长,南方科技大学CLEAR实验室本科生研究员,此外,他还在波士顿动力公司担任研究实习生,负责E-Atlas的强化学习控制研究,是一位全栈机器人研究员,致力于创建能够实现敏捷、稳健的运动和操控的系统。


虽然现在人形机器人的“球技”还不太行,不过能预见的是,如果厂商的人形机器人们学会了这项技能,无疑在展示的时候又增加了一大吸睛点,满满的商业化加分项,继马拉松、足球赛、格斗赛之后,可以期待机器人乒乓赛了。


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