Настольный теннис служит сложной проверкой для роботов. Мяч в игре высокого уровня летает быстрее 20 метров в секунду, а между ударами часто проходит меньше 0,5 секунды. Так что это удобный тест для физического искусственного интеллекта, когда надо видеть, двигаться и совершать действия в реальном мире.
Раньше роботы для настольного тенниса часто играли в упрощенных условиях. Исследователи использовали пусковые установки для мячей, ограничивали зону игры или не учитывали вращение мяча. Прошлые разработки были не особо готовы показать себя против человека.
Исследователи Sony проверили, сможет ли их автономный робот играть по обычным правилам против сильных соперников. Результаты опубликовали в журнале Nature.
Роботизированная система Ace получила восемь степеней свободы, ракетку и чашу для подачи мяча. Девять обычных камер определяли положение мяча в трехмерном пространстве, три системы с событийными камерами машинно оценивали вращение мяча 400-700 раз в секунду.
Программу управления роботом обучали в симуляции с подкреплением без явной модели. Во время розыгрыша алгоритм выбирал действие каждые 32 миллисекунды, то есть 31,25 раза в секунду. Часть движений модель взяла из человеческих демонстраций подач, а ударные траектории подбирали в симуляции генетическим алгоритмом. Проще говоря, робот не учился заново на каждом сопернике — он переносил заранее обученные навыки в реальную игру.
Ace сыграл с пятью элитными игроками (такими авторы назвали игроков, с более чем 10-летним опытом интенсивных тренировок) и двумя профессионалами японской лиги. Робот выиграл три из пяти матчей против элитных игроков и семь из 13 отдельных партий. Против профессионалов он проиграл оба матча, выиграв одну партию из семи.
По измерениям, Ace стабильно возвращал удары со скоростью до 14 метров в секунду, а выше 16 метров в секунду его успешность заметно снижалась. Он возвращал мячи с разным вращением и держал успешность выше 75% до 450 радиан в секунду (это единица измерения угловой скорости). Сам робот разгонял мяч до 16,4 метра в секунду и 600 радиан в секунду, а самый быстрый возвращенный им удар соперника достигал 19,6 метра в секунду и 867 радиан в секунду.
Исследователи сделали вывод, что Ace стал первым автономным роботом, который смог конкурировать в настольном теннисе с реальными игроками. Он выиграл у части элитных спортсменов, но заметно уступил профессионалам.
Хотя результат пока скорее похож на инженерный тест, а не спортивный рекорд, сам факт, что робот справился с быстрыми розыгрышами, подачами, вращением и редкими ситуациями вроде касания сетки, уже выглядит как успех. Если в ближайшем будущем технология сделает еще шаг вперед, то динамичные виды спорта постигнет судьба шахмат и го, когда роботы смогут уверенно побеждать профессионалов.