Автономный робот Ace, разработанный компанией Sony, одержал победу в трех из пяти поединков с опытными игроками настольного тенниса, однако уступил профессиональным спортсменам. Искусственный интеллект, реализованный в этой системе, позволил ему успешно соперничать с игроками благодаря отработанной технике, быстрой реакции и способности рассчитывать траекторию вращения мяча. Для достижения такой производительности робот отслеживал положение мяча с помощью девяти камер и производил оценку его вращения от 400 до 700 раз в секунду.
Настольный теннис представляет собой непростую задачу для роботов. Мяч в игре высокого уровня движется со скоростью, превышающей 20 метров в секунду, а интервалы между ударами нередко составляют менее 0,5 секунды. Поэтому это удобный способ проверки физического искусственного интеллекта, требующего восприятия, перемещения и действий в реальных условиях.
Ранее роботы, играющие в настольный теннис, часто функционировали в упрощенных условиях. Для их работы исследователи применяли пусковые устройства для подачи мячей, устанавливали ограничения на игровую зону или игнорировали вращение мяча. Предыдущие разработки не демонстрировали достаточной эффективности в игре против человека.
Специалисты Sony провели тестирование, чтобы выяснить, способен ли их автономный робот играть по стандартным правилам, состязаясь с опытными игроками. Полученные данные опубликовали в журнале Nature.
Роботизированный комплекс Ace оснастили восемью степенями свободы, ракеткой и емкостью для подачи мяча. Положение мяча в трехмерном пространстве фиксировали девять стандартных камер, а три системы с камерами, реагирующими на события, осуществляли машинную оценку вращения мяча со скоростью 400-700 раз в секунду.
Программу для управления роботом разрабатывали с использованием обучения с подкреплением в симуляции, не требующей явного моделирования. В процессе игры алгоритм выбирал действие каждые 32 миллисекунды, что соответствует 31,25 действию в секунду. Некоторые движения были заимствованы из демонстраций человеческих подач, а ударные траектории оптимизировались в симуляции с помощью генетического алгоритма. Таким образом, робот не приобретал новые навыки на каждом сопернике, а применял предварительно полученные знания в реальной игре.
Ace состязался с пятью игроками, которых авторы классифицировали как элитные (обладающими более чем десятилетним опытом интенсивных тренировок), и с двумя профессионалами японской лиги. Робот одержал победу в трех из пяти встреч с элитными игроками и семь раз в тринадцать сыгранных партий. В матчах против профессионалов он потерпел два поражения, при этом выиграв одну партию из семи.
Согласно проведенным измерениям, Ace стабильно наносил ответные удары со скоростью до 14 метров в секунду, однако при превышении 16 метров в секунду его результативность значительно уменьшалась. Робот возвращал мячи с различной степенью вращения, сохраняя показатель успешности выше 75% до значения в 450 радиан в секунду (единица измерения угловой скорости). Сам Ace мог разогнать мяч до 16,4 метра в секунду и 600 радиан в секунду, а самый быстрый возвращенный им удар противника достигал 19,6 метра в секунду и 867 радиан в секунду.
По мнению ученых, Ace является первым автономным роботом, способным соревноваться в настольном теннисе с людьми. Ему удалось одержать победу над некоторыми спортсменами высокого уровня, однако он проиграл профессиональным игрокам.
Несмотря на то, что полученные результаты больше напоминают результаты инженерных испытаний, а не спортивные достижения, способность робота справляться с быстрыми розыгрышами, подачами, вращением и нестандартными ситуациями, такими как касание сетки, уже можно считать позитивным результатом. В случае дальнейшего развития технологии, динамичные виды спорта могут столкнуться с тем, что происходит с шахматами и го, где роботы смогут регулярно обыгрывать профессиональных игроков.