中科大机器人足球队夺冠

说到足球赛,人们常会想到贝利、马拉多纳.但是机器人踢足球你见过吗?中国科技大学就有一支这样的足球队伍,并且在今年七月举行的机器人上获得两枚金牌,一枚银牌,列总分榜的第一名.那么为什么要让机器人踢足球?又为什么要举办这项比赛呢?

早在第15届国际人工智能联合大会上,来自美日等国的9位国际著名学者联合发表论文,系统阐述了机器人足球的研究意义.机器人足球被正式设立为国际人工智能新的挑战问题.因为这些问题不解决,未来社会所需的一系列关键技术就无法得到解决.

而这些在机器人足球中都得到了集中体现.为了加强世界机器人技术的合作与交流,与会专家提出举办机器人足球赛.第一届机器人比赛（Robocup）是在1999年举行的,以后每年举行一届.其实机器人踢足球可不是一件简单的事,这里面涉及多个学科领域,包含机械电子、机器人学、智能控制、通讯、计算机视觉等多方面的研究和开发.在以前的人工智能研究中,曾出现过“深蓝”计算机将国际象棋大师打败的现象.

但是机器人足球面临的可是一个更加复杂的问题,因为棋类比赛都有固定的套路,自己如何出招,对方如何应对,都是在一定的模式中进行的,而机器人足球是在一个不可测的环境中进行的,究竟对方会怎么踢球,球的线路会是怎样,这些都是随机的,这就需要程序在很短的时间内做出判断,发出指令,而且场上11名“队员”的程序都是独立的.如果一个程序出现问题,相应的机器人就会呆在场上,不听使唤.这些都会对一个球队的整体实力提出挑战.在这一领域德国、美国、日本占有绝对的优势.这些国家经常会派出许多一流大学参加这项比赛,比如卡耐基―梅隆大学康奈尔大学大学等.所以比赛都是在欧美日等发达国家举行.

“蓝鹰”诞生

1999年中国科技大学的陈小平博士作为第16届国际人工智能联合大会的代表应邀观摩了比赛.这是我国大陆学者第一次正式参加国际Robocup（机器人足球）比赛.在与国际同行们的交流中,陈小平深刻感受到国际上信息技术的日新月异.反观此时国内的相关研究还处于远离国际先进前沿甚至是闭门造车的阶段.作为一名中国人,他多么想在比赛现场看到一支中国的队伍啊!但是要想成立这样一支足球队,一是要有先进的科技支持；二是要有许多肯花时间进行研究的人才队伍.如何才能从“一穷二白”的基础上建立起与国际上同步的技术队伍呢?

带着这个困惑陈小平回到了国内.当他把自己的想法和自己的学生们交流时,同学们的反应都很强烈,同学们一致要求成立一支机器人足球队,要向世界顶尖科技看齐.陈小平被同学们的情绪所感染,他很快就向学校提出了建立机器人足球队的申请.学校领导也十分支持陈小平教授的这一想法.他们在资金有限的情况下仍然拨出一部分款项,并且设立专门的实验室用作机器人研究基地.

为了培养更多技术人才,1999年3月,中国科技大学开设了“仿真机器人足球课外研讨班”,当时有三个系、三个年级的二十余名本科生参加.后来又开设了“仿真机器人足球”seminar课程,由全校高年级的学生自由选修.这种以学生为主体,以实践为中心的教学方式,受到了学生们的普遍欢迎,也培养出了一批高素质的人才.1999年中国科技大学由陈小平博士牵头正式组建了“中国科技大学首届Robocup集训队”,这个集训队就是科大机器人足球队的前身.陈小平教练利用科技大学在软件开发上的优势,以仿真2D（平面）3D（三维）作为突破口,带领同学们编写调试程序.队员们的付出很快有了回报,在随后进行的首届全国Robocup（机器人足球）仿真组的比赛中,中国科技大学包揽了冠亚军.

2000年3月,科大集训队开发出一支新的球队软件,并命名为“蓝鹰”（wrighttagle）.大家希望这支队伍能像雄鹰一样飞翔于蓝天之上.在2000年Robocup机器人预选赛中,“蓝鹰”以2：0打败日本的“11猴子”队,随后又以11：0大胜澳大利亚的球队.从而成为我国第一支成功打入Robocup机器人正式比赛的球队.

2001年科大机器人足球队在仿真组的基础上又成立了四腿组.在2001年美国西雅图的第五届Robocup机器人比赛中,仿真组和四腿组双双打入8强,取得历史性突破.

几年来科大机器人足球队不断取得好成绩.先后有国外媒体网站评论――“中国科技大学是中国机器人的开拓者”,“中科大的水平令人惊叹”.

“蓝鹰”成长

成功的背后是艰辛的付出,每年中科大的机器人足球队都会参加和全国机器人的比赛.由于教练陈小平博士还要进行其他科研项目,平时很难抽出时间.除了技术指导以外,大部分时间都要同学们自己去钻研.这些来自不同院系的同学,有的是研究生,有的是本科生,他们虽然不拿任何报酬,但为了共同的爱好都愿意默默无闻地付出.队员们在这方面花费了太多的时间和心血,这其中的辛酸恐怕只有他们自己知道.每次到了赛前的两个多月是同学们最忙的时候,那些天同学们睡眠的时间很少,除了上课以外,大家一有时间就往实验室跑,有时为了一个程序,同学们走在路上头脑里都是在想着问题.仿真组有个研究生范长杰,大家都称他是“拼命三郎”,他曾创下过连续七天吃住在实验室的纪录.队员们笑称那时侯每天过的是36小时制,就是连续工作24小时,然后再睡上12个小时.正是有了他们的付出,“蓝鹰”才能不断取得进步.

2005年在日本大阪,科大2D组一路过关斩将,从小组赛一直打到决赛.决赛的对手是德国“头脑风暴”队.在仿真机器人这一块,德国占有很强的技术优势.他们曾经是连续三次的亚军.果然在比赛中“头脑风暴”队攻守兼备,以3：0战胜科大“蓝鹰”队.

从日本大阪回来以后,队员们都憋了一口气,要向世界最强的队伍发起挑战.大家下定决心一定要打败德国“头脑风暴”队.陈小平教练把比赛的录像放给大家看,德国足球队程序编写得比较完善,机器人之间的协调性能较好.比如进攻时能形成多点配合,防守时一旦出现漏“人”,很快就会有“人”补上.而“蓝鹰”队只是在速度上有优势,协调性跟不上.这样遇到弱队,常常能在对方还没有反应过来时就把球打进了,有时甚至能打出20：0的局面,但是一旦遇到强队,双方进入拉锯战时,“蓝鹰”队防守不足的问题就暴露出来了.

针对这一点,队员们重新设计了程序的框架结构,并对参数进行了修改.还专门有人设计了防守程序.2006年在德国布莱梅举行的第10届Robocup上,最后的仿真2D组决赛时,科大“蓝鹰”又和德国“头脑风暴”这个老冤家见面了.在比赛结果打到1：1时,德国“头脑风暴”队突然一个机器人的程序出现了问题,机器人不听使唤,场上“死人”了.“蓝鹰”队抓住战机,结果以2：1战胜对手.在宣布结果时,德国队的两名队员显得很不服气,其中一名队员走到科大同学们的面前说：“这次只是一个意外,希望有机会能再比一次”.

于是在2006年全国Robocup机器人比赛时,中国科技大学向德国“头脑风暴队”发出了邀请.在那场邀请赛上,“蓝鹰”以5：1打败“头脑风暴”队.这一结果让德国队员哑口无言.随后,德国“头脑风暴”队的教练给“蓝鹰”队员们发来了电子邮件.在邮件中他称赞“蓝鹰”队：“Youareagreatteam！(你们是一支伟大的球队！)”

再创辉煌

连续几年的参赛,占去了队员们太多的时间.眼看着周围的同学有出国的,有考研的,有工作的.面对2007年的,有的队员打起了退堂鼓.这时侯“蓝鹰”的主教练陈小平老师鼓励队员们说,你们现在好比登山到了半山腰,此时放弃实在可惜.继续做下去,对自己也是一个挑战.争取在仿真3D和四腿组都能拿到冠军,要向世界证明你们都是NO1.

由于2007年的仿真3D组首次以人形机器人为仿真对象,难度高于以往的任何一届,同时又新设了微软机器人比赛项目.在备战比赛中,科大“蓝鹰”队利用多年的研究经验,有针对性地进行攻关.陈小平教练为了让更多的新生力量来到这个队伍,增选了许多优秀的本科生,其中仿真2D组的成员全是本科生.“蓝鹰”以崭新的面貌出现在世人面前.

谁知在2007年6月申请去美国参加比赛的时候,却突然遇到了一个前所未有的困难.出国签证遇到了问题,因为美国对博士生出国进行限制,所有的博士生都不能去美国了.连教练陈小平教授也遇到签证延期的问题.现场比赛的任务一下子全落在4名本科生和2名硕士生的肩上,他们中有5人还是第一次出国,均无大赛经验.仿真2D3D和微软机器人赛三个项目都只有一个人现场参赛,而且其中2人是本科生.针对这一棘手的问题,陈小平教练决定先让队伍出国,自己再接着补办签证.同时陈小平教练积极与美国校友和华侨取得联系.在当地校友和佐治亚理工大学中国学者联合会的精心组织和帮助下,有人专门前去接机,有人帮助联系旅馆,帮助队员们解决了许多后勤方面遇到的问题.

2007年7月1日第11届Robocup机器人大赛举行.有来自39个国家的约2000名学者和学生参加了比赛.

因为“蓝鹰”队是去年仿真2D组的冠军,在比赛现场队员王继良发现所有2D组的参赛队伍都是以“蓝鹰”为目标在做调试.科大“蓝鹰”陷入重重围剿之中.按规定,每个队将比赛程序上交以后就不能再改了.但是有时经常会有突发事件发生,比如以前在四腿组比赛时曾经出现过照相机的闪光灯将有个队机器人的“眼睛”照花了,结果影响了比赛的发挥.究竟这些年轻队员们在比赛时会有什么样的表现?教练陈小平的手心里也捏着一把汗.

比赛的当天有许多中国留学生和华人华侨前去加油助威,现场热烈的气氛鼓舞了这些年轻队员,队员们顶住压力克服了现场经验不足的障碍,沉着冷静,一举夺得含金量较高的3D组和微软组的冠军.但是本次比赛也有遗憾,由于刘飞、范长杰等博士因签证问题没能参赛,导致关键技术上处于空白.但即使如此,“蓝鹰”队仍然取得仿真2D组比赛的亚军,四腿组比赛的第四名.自此中科大机器人足球队在全世界39个国家和地区的300多支队伍中以两金一银的成绩首次占据奖牌榜的第一位.

科大“蓝鹰”队的出色表现也为中国赢得2008年第12届Robocup机器人比赛的举办权.展望未来,这支“蓝鹰”足球队有了新的目标――在未来,机器人足球队能够打败真人足球队.

（责编/张磊）

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