中國男足無緣2026年美加墨世界杯一個月后，中國人形機(jī)器人足球隊拿到了世界杯冠軍。
北京時間7月20日晚，在巴西薩爾瓦多舉辦的RoboCup人形機(jī)器人足球世界杯（成人組）決賽中，清華大學(xué)火神隊5比3戰(zhàn)勝中國農(nóng)業(yè)大學(xué)山海隊，獲得冠軍。
這也是自RoboCup創(chuàng)辦28年以來，中國隊伍首次在競爭最為激烈的“人形組（Humanoid League）”奪冠。此前來自中國的高校隊伍曾在“中型組”奪冠，但論技術(shù)難度、關(guān)注度，無疑“人形組”是最具含金量的。
自2005年第一次參加世界杯賽，到如今站攀爬至頂峰，火神隊用去21年時間。
在這21年里，參加比賽的學(xué)生換了一批又一批，但帶隊的老師卻一直都是清華大學(xué)自動化系研究員、機(jī)器人控制實(shí)驗室和無人系統(tǒng)中心類腦機(jī)器人中心主任趙明國，他也是火神隊的創(chuàng)始人。
在通往冠軍路上，趙明國曾幾次因不同原因，有過放棄人形機(jī)器人足球項目的念頭，但最后還是堅持了下來。
身在巴西的趙明國對懶熊體育表示，和冠軍比，他更在乎的是他們今年在人形機(jī)器人踢球上做的技術(shù)革新，比如實(shí)現(xiàn)無保護(hù)比賽、摔倒后自主爬起、快速識別能力、運(yùn)動能力等，“所有這些都改變了RoboCup的發(fā)展方向”。
▲奪得冠軍的火神隊。
起步
24年前，趙明國選擇來北京發(fā)展，就是因為機(jī)器人項目。
那時的他在哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所機(jī)械電子工程專業(yè)讀博士，2000年曾到清華做過一次學(xué)術(shù)訪問。得知學(xué)校正在做仿人機(jī)器人項目，他很感興趣——清華大學(xué)是國內(nèi)第一個發(fā)展仿人機(jī)器人項目的學(xué)校。一年后，受清華大學(xué)機(jī)械工程系教授陳懇邀請，趙明國到清華從事博士后，研究機(jī)器人項目。
當(dāng)年的清華大學(xué)已在參加機(jī)器人世界杯賽，不過是仿真組。比賽在電腦虛擬的仿真環(huán)境下進(jìn)行，不需要真實(shí)存在的機(jī)器人。參加比賽的選手需要較強(qiáng)的代碼編寫能力，一般為計算機(jī)專業(yè)學(xué)生。
2003年，趙明國博士后出站，留在清華大學(xué)自動化系擔(dān)任老師。留校第二年，他組建了火神隊，帶著學(xué)生們參加國內(nèi)、國際機(jī)器人足球比賽。和仿真比賽不同的是，他們參加的全部為實(shí)體機(jī)器人賽。
機(jī)器人足球世界杯賽當(dāng)時統(tǒng)一要求使用索尼公司開發(fā)的Aibo機(jī)器狗。作為贊助商，索尼公司為參賽隊免費(fèi)提供機(jī)器狗。可自2004年，也就是火神隊參加比賽的那年起，索尼公司就不再免費(fèi)提供機(jī)器狗，各參賽隊需自己花錢買。一只機(jī)器狗的價格約兩萬元，每場比賽派上4只。
為準(zhǔn)備比賽，火神隊買了8只機(jī)器狗，花費(fèi)16萬元。趙明國告訴懶熊體育，這些錢全部來自系里的教學(xué)經(jīng)費(fèi)。他和學(xué)生們?yōu)闄C(jī)器狗輸入程序，讓它成為“一只會踢球的狗”。
帶著8只會踢球的機(jī)器狗，火神隊在國內(nèi)比賽時可以做到橫掃一切，動輒便可打出10比0的比分，拿到國內(nèi)機(jī)器人足球賽（四足組）冠軍。當(dāng)年奪得冠軍的那批機(jī)器狗至今還被保留在清華大學(xué)機(jī)器人控制實(shí)驗室，它們是火神隊起步的見證。
▲2006年參加比賽的機(jī)器狗。
雖然火神隊在國內(nèi)賽場獨(dú)占鰲頭，可到了國際賽場，成績就不行了。當(dāng)年參加機(jī)器人足球世界杯的隊伍共二十多支，他們連前八都進(jìn)不去。
帶隊在國外參加比賽時，趙明國發(fā)現(xiàn)已開始有人形機(jī)器人足球賽，他認(rèn)為人形才是機(jī)器人未來發(fā)展方向。也正因如此，他回國后便帶著學(xué)生們組裝人形機(jī)器人。
當(dāng)時做一個人形機(jī)器人需要20個舵機(jī)，國內(nèi)買不到，只能從日本進(jìn)口，一個差不多要三五千元。為確保正常參賽，火神隊至少要做兩個機(jī)器人，需要40個舵機(jī)。光買舵機(jī)的錢就接近20萬元，這已超出預(yù)算。
趙明國的一個朋友得知情況后，直接從日本給他寄來了40個舵機(jī)，朋友20年前的慷慨解囊讓趙明國至今難忘。他有時會感慨說：“做機(jī)器人是件挺燒錢的事。”
用自己組裝的機(jī)器人參加國內(nèi)比賽，火神隊?wèi)?zhàn)無不勝。可到了國際賽場后，仍進(jìn)不了前八。三年下來，火神隊在購買、研發(fā)、制作機(jī)器人上花費(fèi)了近五十萬元。這些錢除了來自教學(xué)經(jīng)費(fèi)外，還有朋友、校友的捐助。
“系里支持我們的錢花得差不多了。我當(dāng)時想，如果成績上再沒什么起色，就不搞了。”2007年，趙明國第一次有了放棄人形機(jī)器人足球的想法。
堅持
火神隊的第一次轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在2008年。那一年，機(jī)器人足球世界杯在中國蘇州舉辦，之前從未進(jìn)過前八的火神隊闖進(jìn)決賽，距離冠軍只差一步。
火神隊之所以能從進(jìn)不了世界前八的“菜鳥”，搖身一變成為闖入決賽的強(qiáng)者，皆因他們開發(fā)的用于人形機(jī)器人走路的“虛擬斜坡法”，該理論是加拿大學(xué)者麥克吉爾2005年提出的“被動行走”理論的延伸。
“虛擬斜坡法”的主體思想是將機(jī)器人在平地上的動力行走等效成在斜坡上的被動行走。這樣一來，機(jī)器人的行走速度就會變得更快，可以達(dá)到4.26腿長/秒的相對速度，和人類快走時的速度差不多。
技術(shù)的革新讓火神隊取得了成績上的突破。趙明國說，假如他們2008年在蘇州沒有取得第二名的好成績，那屆比賽后很有可能就解散了。
“虛擬斜坡法”理論讓火神隊在機(jī)器人足球世界杯上的成績穩(wěn)定在前三名，但卻始終拿不到冠軍。2013年，“放棄”的想法又一次浮現(xiàn)在趙明國的腦海里，“感覺被動行走已經(jīng)被做到頭了，比賽也拿不到冠軍，沒什么新東西可做了。”
▲2025年世界杯比賽后合影（左一為趙明國）。
2014年2月，趙明國受邀前往美國麻省理工大學(xué)訪問半年，他覺得這是個“換換腦子”的好機(jī)會。這期間，他還參與設(shè)計、研發(fā)無人駕駛自行車，但后來因故沒能投放生產(chǎn)。
結(jié)束麻省理工大學(xué)訪問后，趙明國回到國內(nèi)，與優(yōu)必選公司合作，在北京成立研究所，帶著20多個博士生繼續(xù)做人形機(jī)器人的深度研發(fā)，雙方合作開發(fā)出第一代Walker機(jī)器人。
從2017年到2021年，Walker機(jī)器人共迭代4個版本。火神隊那些年參賽用的機(jī)器人，全部是Walker系列。自2017年至2019年，獲得兩次亞軍、一次季軍。
趙明國與優(yōu)必選的合作于2021年9月結(jié)束。公開的信息稱“趙明國因身體原因離開”，但更多人認(rèn)為實(shí)際上是他與優(yōu)必選創(chuàng)始人周劍在未來發(fā)展理念上存在分歧。
從研究所回到學(xué)校后，趙明國繼續(xù)帶學(xué)生研發(fā)人形機(jī)器人，參加機(jī)器人足球賽。2023年6月，趙明國的學(xué)生、火神隊第三任隊長程昊在北京成立加速進(jìn)化科技公司。程昊告訴懶熊體育，取名“加速進(jìn)化”是因他認(rèn)為“人形機(jī)器人會加速人類的進(jìn)化”。公司邀請趙明國擔(dān)任首席科學(xué)家，致力于打造人形機(jī)器人產(chǎn)品，希望通過踢走球來帶動機(jī)器人技術(shù)發(fā)展。
自此，火神隊開始與加速進(jìn)化合作，他們帶著加速進(jìn)化研發(fā)的BoosterT1機(jī)器人參加各種比賽，但2024年仍與機(jī)器人足球世界杯冠軍擦肩而過。
一年后，他們終于站上了冠軍領(lǐng)獎臺。
過去
從第一次參加世界比賽，到拿到冠軍，火神隊用了21年。在這期間，關(guān)于算法和機(jī)器人的更新，幾乎每年都在進(jìn)行。
前商湯科技聯(lián)合創(chuàng)始人、酷奇奇CEO徐持衡曾與火神隊一起經(jīng)歷過四屆機(jī)器人足球世界杯賽，他在辦公室里向懶熊體育展示了他們2012年在墨西哥城參加比賽的視頻。
雖然也被稱為機(jī)器人足球世界杯賽，但實(shí)際上雙方各自只有一個機(jī)器人。比賽時有這樣一個畫面，進(jìn)攻方的機(jī)器人站在場地中圈圓弧處，面對著對方球門，球在它右后方大概兩米處。要想踢到球，它首先要通過頭部攝像頭觀察，確定球的位置，然后再轉(zhuǎn)身走到球前，往對方球門方向帶球。
完成這一套動作時，這個身高1米2的機(jī)器人先是向身體的右后方轉(zhuǎn)了一下頭，找到球的位置后，一邊原地踏步，一邊沿著中圈原點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動身體。身體轉(zhuǎn)過180度后，開始向球的方向前進(jìn)。機(jī)器人的步子不大，走路時像是在踱步，以至于視頻作者不得不以快進(jìn)的方式播放。
機(jī)器人來到球的后面，晃了晃身體——它需要用這樣的方式保持平衡。徹底站穩(wěn)后，伸出右腳，將球踢出。球在人工草坪上滾動了大概一米，停了下來。
機(jī)器人從足球正面逆時針繞到后面，站穩(wěn)，完成踢球動作，共用時21秒，像是在播放慢動作。
那時的機(jī)器人只有帶球到接近對方球門處時才能完成“射門”。它的射門方式和帶球一樣，都是將球踢向前方。球慢慢滾過球門線，站在球門里的防守球員不僅不會攔截，甚至連扭頭看足球從身邊慢慢滾過的動作都做不出來。
徐持衡說，當(dāng)時之所以要這樣比賽，完全是因為規(guī)則要求。“那時的機(jī)器人也可以做到一腳將球踢進(jìn)球門，但那樣就失去了比賽的觀賞性。”
不過徐持衡也表示，如果從嚴(yán)格意義上來講，他們當(dāng)年參加的算不上足球比賽。“更像是個挑戰(zhàn)，讓機(jī)器人把球搬運(yùn)到對方的球門里。”
▲正在進(jìn)行訓(xùn)練的現(xiàn)代機(jī)器人。（圖片為趙宇拍攝）
不過對于當(dāng)年的人形機(jī)器人而言，能完成“把球搬運(yùn)到對方球門”已很不容易。要知道，他們當(dāng)年即便在沒有對抗、只完成一套進(jìn)攻、射門動作時，也經(jīng)常會摔倒。為保證機(jī)器人的安全，無論一對一、二對二還是三對三的比賽，都會在它們身后安排一名“保護(hù)員”。比賽時，保護(hù)員雙臂微張，跟在機(jī)器人后面。一旦發(fā)現(xiàn)它有倒下的趨勢，會立刻將其扶住。
“我們那時的比賽策略是‘寧可慢也不要摔’。”徐持衡說，這也是機(jī)器人在足球比賽時一直邁小碎步前進(jìn)的原因，“步子大了容易摔”。當(dāng)年機(jī)器人的耐摔性不強(qiáng)，一旦出現(xiàn)零部件故障的情況，就只能換人或退出比賽。
2012年世界杯，火神隊的機(jī)器人在半決賽中出現(xiàn)跨步軸承損壞情況，但沒被發(fā)現(xiàn)，結(jié)果導(dǎo)致輸?shù)袅藳Q賽。就在之前的小組賽中，火神隊曾4比1戰(zhàn)勝過決賽對手。徐持衡說，在資金有限的情況下，即便半決賽后發(fā)現(xiàn)機(jī)器人出現(xiàn)故障，也沒有備用機(jī)器人，“那是火神隊參賽10年來距離冠軍最近的一次”。
演變
機(jī)器人足球世界杯賽中的保護(hù)員，直到今年才被取消，各隊為此不得不提升機(jī)器人的抗摔能力。
火神隊這次參加世界杯使用的是加速進(jìn)化公司研發(fā)生產(chǎn)的Booster T1 機(jī)器人，它身高1.2米，體重30公斤，一塊電池可確保行走兩小時或站立四小時。
為讓機(jī)器人具備抗沖擊、抗摔倒能力，加速進(jìn)化公司會對其進(jìn)行受力測試，一種方法是繩子吊起一個10公斤重的球，讓球從距離一米、兩米、三米的空中，斜著砸向機(jī)器人，觀察它在外力作用下的穩(wěn)定性。測定結(jié)果顯示，T1機(jī)器人可保證承受15牛頓每秒的沖擊不摔倒（相當(dāng)于每秒可承受三瓶500毫升礦泉水重量的力度）。程昊告訴懶熊體育，T1機(jī)器人在上市前要保證連摔100次后還能正常工作。
T1機(jī)器人的皮膚由高強(qiáng)度金屬和工程塑料組成。程昊稱，機(jī)器人摔倒時偶爾會把水泥地砸出坑，但它卻一點(diǎn)問題沒有。
▲參加比賽的Booster T1機(jī)器人。
為模仿人踢球時的動作，機(jī)器人比賽時雙腿彎曲，最快速度可達(dá)兩米每秒。即便是帶球前進(jìn)，也差不多1米每秒。與10多年前從球的一側(cè)轉(zhuǎn)到另一側(cè)、完成向前踢球動作需要21秒比，如今的機(jī)器人的運(yùn)動能力增強(qiáng)了很多。
前進(jìn)速度快了，機(jī)器人在比賽時就難免會相撞、摔倒。10多年前，機(jī)器人摔倒后很難繼續(xù)比賽，而如今的機(jī)器人摔倒后不但可以繼續(xù)比賽，還能在不借助外力的情況下，自己從地上爬起來。
機(jī)器人爬起來的姿勢主要有兩種，如果是面朝地面倒地，它會兩腿彎曲，雙手撐地，通過四肢力量讓自己站立起來；如果是后腦朝地面倒地，它會采取類似鯉魚打挺的方式讓自己站起來。
一個機(jī)器人從倒地到爬起來、繼續(xù)直立行走，大概需要七八秒鐘。如果只統(tǒng)計摔倒后重新站起來那一瞬間，那么大概只有兩三秒。不過也有機(jī)器人摔倒后出現(xiàn)故障，這時就需要工作人員用擔(dān)架將它抬到場外檢查。
學(xué)球
無論機(jī)器人如何迭代，終歸還要回到最基本的問題——如何才能讓它學(xué)會踢球。
簡單來說，機(jī)器人踢球要經(jīng)歷三步：感知、決策和踢球動作的執(zhí)行。
機(jī)器人頭上裝有攝像頭，用于識別球、球門、場地線、隊友和對手的位置，從而判斷出自己所在位置，這是最基本的感知。比賽時，機(jī)器人的頭會像人一樣向下、向左、向右擺動，為的是尋找球、判斷自己的位置。
由于機(jī)器人在行進(jìn)過程中頭部一直在晃，因此攝像頭捕捉的畫面多數(shù)是模糊的，這會對機(jī)器人的識別、感知帶來影響。加速進(jìn)化公司正在考慮云臺技術(shù)，讓機(jī)器人即便跑起來后，眼也不花。
感知到球場情況和自己位置后，機(jī)器人需要做自我決策，決定是進(jìn)攻還是防守，是前進(jìn)還是后退。做好決策后，下一步就是找到球，執(zhí)行算法灌輸給他們的踢球動作。
在今年4月舉辦的亦莊馬拉松賽上，幾乎所有參賽機(jī)器人身后都跟著手持遙控器的工作人員，它們需要在遙控的控制下完成比賽。而機(jī)器人足球比賽卻早已告別遙控器和預(yù)編程序，它們比賽時唯一用到遙控器的時刻是在比賽開始前，工作人員通過手里的遙控器讓站在場邊的機(jī)器人開啟比賽模式，接下來就是機(jī)器人走進(jìn)場地，通過AI自主決策，完成比賽。
10多年前，程昊、徐持衡他們參加比賽時，識別球?qū)τ跈C(jī)器人而言非常重要，機(jī)器人識別球的能力甚至?xí)笥冶荣惤Y(jié)果。放到機(jī)器人不斷迭代的今天，識別球同樣是機(jī)器人足球賽非常重要一環(huán)——它們要時刻知道自己踢的球在什么位置。
機(jī)器人踢的足球就是人類踢的最普通的五號球。為讓機(jī)器人知道什么是足球，工作人員會給它們安排深度學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容包括足球圖片、球的形狀、顏色、弧形邊緣等關(guān)鍵信息。
即便如此，偶爾也會鬧烏龍。火神隊在北京訓(xùn)練時使用的是白色足球，在球場邊的廣告牌上，某贊助商的logo剛好為圓形，藍(lán)底上印有白條，有機(jī)器人在內(nèi)部比賽時將它誤認(rèn)為足球，導(dǎo)致logo下面有個被踢破了的洞。
▲廣告牌logo下被機(jī)器人踢出的洞。（圖片為趙宇拍攝）
未來
最早的機(jī)器人足球世界杯賽要追溯至1997年。之所以要辦這比賽，皆因在1997年5月11日，IBM超級計算機(jī)“深藍(lán)”在國際象棋比賽中擊敗了世界冠軍卡斯帕羅夫。
在卡斯帕羅夫被擊敗的五年前，哥倫比亞大學(xué)麥克沃斯教授就曾提出過讓機(jī)器人踢足球的想法。1993年，日本東京發(fā)起了一場名為“Robot J-League”的機(jī)器人足球賽，這是機(jī)器人足球世界杯的雛形。
科學(xué)家們認(rèn)為，既然算法已在靜態(tài)層面戰(zhàn)勝人類，也同樣可以在動態(tài)層面做到，足球便成為這個假設(shè)的載體。1997年，第一屆機(jī)器人足球世界杯足球賽在日本名古屋舉行，組委會提出了“機(jī)器人足球隊要在2050年戰(zhàn)勝人類世界杯冠軍”的愿景。
愿景美好，可28年過去后，機(jī)器人足球的水平卻仍舊停留在人類足球的最初級階段。
因轉(zhuǎn)身速度慢，機(jī)器人在比賽需要后退時只能倒著走，類似汽車的倒車。像墊球、盤帶過人、頭球這些人類足球的最基本動作，他們目前還無法做到。
機(jī)器人在比賽時沒有傳接球配合，更多是將球踢向前方，然后沿著球滾動的方向前進(jìn)，其他機(jī)器人——無論隊友還是對手，也都朝著球的方向前進(jìn)。他們就像一群鐵甲戰(zhàn)士，伴隨著身體零件摩擦?xí)r發(fā)出的咔咔聲和腳踏地板時的哐哐聲，一窩蜂地涌向足球。
在這個過程中，機(jī)器人撞在一起的場面時有發(fā)生——哪怕隊友也會撞在一起，沒站穩(wěn)的一方會摔倒在地。一個機(jī)器人倒下了，正在前進(jìn)或后退的對手、隊友可能會被他絆倒，接下來便是人仰馬翻的一幕。
所以即便現(xiàn)在的機(jī)器人已可以做到將球最高踢至兩米——去年踢高球冠軍只有35厘米，但距離戰(zhàn)勝人類，似乎還有很遙遠(yuǎn)的路。
▲參加世界杯賽的人形機(jī)器人。
程昊認(rèn)為，機(jī)器人足球要想戰(zhàn)勝人類，還需要進(jìn)行多次迭代。“過去這一年，機(jī)器人在運(yùn)動方面的迭代非常快，未來說不定可以復(fù)制梅西、C羅的踢球動作。”
“也許用不了等到2050年，就可以實(shí)現(xiàn)擊敗人類的目標(biāo)。”程昊說。
對于機(jī)器人足球戰(zhàn)勝人類的問題，趙明國的回答相對謹(jǐn)慎，他認(rèn)為目前的首要目標(biāo)是讓機(jī)器人踢出賞心悅目的足球賽。“這可能需要十年到二十年。到那時，人們愿意花錢買票到體育場館里觀看機(jī)器人足球比賽，這樣在機(jī)器人進(jìn)入家庭和人們生活前，就可以創(chuàng)造出更多價值。”
為提升機(jī)器人足球賽的觀賞性，加速進(jìn)化正在探索遙控機(jī)器人足球賽。與AI賽比，遙控賽的門檻要低很多，參與比賽的人只需通過手柄控制場上機(jī)器人，讓他們按自己的想法去傳球、跑位即可。“相當(dāng)于把屏幕上的FIFA游戲搬到現(xiàn)實(shí)生活場景中。”程昊說。
設(shè)想很美好，但實(shí)現(xiàn)這些的前提是機(jī)器人要先學(xué)會帶球、傳球。
機(jī)器人跑馬拉松只涉及運(yùn)動控制，踢足球除了運(yùn)動控制外，還與決策、感知有關(guān)。“什么時候機(jī)器人能夠像人那樣踢一場足球比賽，就意味著它可以進(jìn)入工廠、進(jìn)入家庭了。”程昊說，目前尚無法預(yù)估實(shí)現(xiàn)這些所需要的時間，“五年、十年，都有可能”。
為實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人進(jìn)入家庭、工廠的目標(biāo)，人類一直沒有停止探索的腳步，可在這個過程中也會伴有巨大消耗。趙明國說，正常人在拿起一件東西，再將它放下，是件很容易的事，但這是生物進(jìn)化了幾百萬年，甚至上千萬年后的結(jié)果。“讓機(jī)器人抓起一個東西，放在那里，全世界前前后后投入上百億元，這不是件容易的事。”
研究機(jī)器人二十余年，趙明國有時會這樣感慨：“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)就像是一個坑，需要很多人往里跳才能把坑填滿。在跳之前你得想清楚，有沒有能力把這坑填住。而當(dāng)坑被填滿時，你還在不在。”
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