索尼AI乒乓球机器人,首次击败职业运动员!

过去几十年，人工智能（AI）在虚拟世界可谓“大杀四方”：“深蓝”计算机击败国际象棋大师、AlphaGo在围棋领域封神，在复杂的实时战略电子游戏（如《星际争霸2》）中，AI也击败了人类高手……但在面对现实中的挑战时，AI却显得笨拙无比。

1983年，世界上首个乒乓球机器人的原型机诞生。然而，40多年过去了，如今的大多数乒乓球机器人也只能接规律的发球，完全无法处理复杂的旋转，更别提和人正式比赛了。

不过，最近索尼的AI团队在《自然》（Nature）发表了一项最新研究，称他们研发的AI机器人“Ace”，在遵循官方比赛规则下，首次战胜了人类精英选手。他们是如何实现这一壮举的？

在棋盘上，AI有充足的时间思考下一步，而且在虚拟世界里，规则是绝对严谨的。但对于现实的乒乓球运动，情况就复杂得多了。

索尼Project Ace项目的首席工程师彼得·杜尔（Peter Dürr）表示，乒乓球在球桌上方的飞行速度可超过20米/秒，留给大脑或机器的反应时间往往不到0.5秒。此外，人类顶尖选手会通过旋转来改变乒乓球的飞行轨迹，转速能达到每分钟9000转（约150转每秒）。

要在这样的极限条件下完成看清球迹、预测落点、计算挥拍角度并瞬间移动庞大的机械臂，同时不能砸坏桌子或伤到人，对于乒乓球机器人来说，是一项极为严苛的挑战。

为了解决这些难题，研究团队为Ace打造了一套最强装备。

研究团队首先要解决的是“看不清”的问题。传统的高速摄像机就像是“翻页动画”，它通过连续拍下一张张照片来记录画面。但受限于摄像机的性能，它无法在保证分辨率的同时，捕捉乒乓球超高速旋转的细节。也就是说，面对那些又快、又带有旋转的球，用传统高速摄像机拍摄会漏掉关键信息。

为此，研究团队为Ace打造了一套混合视觉系统——由9个有源像素传感器（APS）和3个基于事件的视觉传感器（EVS）组成。

APS就相当于传统高速摄像机，每秒能拍下200张画面，它们被安装在球场周围，能有效定位乒乓球的运动轨迹，负责回答“球在哪里”。而真正的撒手锏是EVS，负责回答“球是怎么旋转的”。

布置在球场周围的APS传感器。图片来源：见参考资料1

APS会事无巨细地记录下球桌、地板、观众等所有静止信息，而EVS只对光线变化敏感。更具体地来说，当乒乓球在空中高速旋转时，球体上印有的品牌Logo也在随之转动。通过EVS精准记录下Logo划过光线产生的明暗变化，加上算法，就能实时测算出乒乓球的旋转速度等信息。

Ace的视线控制系统（GCS），EVS位于图中右侧。图片来源：见参考资料1

有了这双“火眼金睛”，Ace就能看清球的来路。但要把球准确打回去，仅仅靠视觉还不够。

要控制机器人进行精准击球，是一项非常高难度的物理交互，试图通过编写一套固定程序，穷举出乒乓球在空中受重力、旋转的弧线，以及在空气阻力影响下的所有轨迹，几乎不可能。

为此，研究团队为Ace的核心控制系统引入了一种“双脑架构”——类似于人的大脑和小脑。

研究团队利用深度强化学习方法，在高度还原物理规律的虚拟模拟器中，让AI进行了数以百万次的训练。AI就像一个不知疲倦的运动员，在无数次挥空、打飞的试错中，内化了应对不同球速和旋转的“身体本能”。

但仅仅有本能是不够的。为了防止AI在现实中做出“用球拍砸穿桌面”等危险动作，研究团队还为Ace添加了一个“小脑”。

Ace的“大脑”负责在抽象空间里决定“我想用什么姿势、以多大力量击球”，而“小脑”会在几毫秒内接管这个意图，将其映射为具体的关节运动。如果预测到会发生碰撞，系统会立刻调整到安全击球方式。

Ace的一整套感知、控制和硬件系统。图片来源：见参考资料1

据估计，从摄像头捕捉到球，到机械臂发力，Ace的整个反应过程仅需20毫秒，这大约是人类顶尖选手反应速度的十倍。

有了超级灵敏的感知力、聪明的“大脑”，加上研究团队量身定制的8关节机械臂——2个极其平滑的直线滑动关节（用于快速横向移动拦截）和6个旋转关节（用于打出复杂的拍面角度），Ace在实战评估中展现出了惊人的实力。

Ace的机械臂。图片来源：见参考资料1

2025年4月，Ace根据国际乒乓球联合会（ITTF）的规定，与5名业余精英球员和两名职业乒乓球运动员进行了比赛。Ace在与精英球员的5场比赛中取得了3场胜利，但输给了两名职业球员。

Ace和人类运动员对战中。图片来源：见参考资料1

在比赛中，Ace能够回击各种旋转球，在高达450 rad/s（约 72 转/秒）的旋转球速度下，成功回击率超过75%，这证明了它处理旋转球的出色能力，远远超过了其他乒乓球机器人。

值得一提的是，Ace在发球后直接得分达16次，而人类精英球员只有8次。这是因为Ace利用算法预演，优化了成千上万种发球的球拍角度和速度，并挑选出成功率高、极具欺骗性的动作，存入了专门的“发球库”中。

在向《自然》投稿后，研究团队还于2025年12月和2026年3月进行了额外的比赛。在3月的比赛中，Ace与3位职业选手交锋，并至少战胜了这3位选手各一次。与之前的评估相比，Ace展现出了更快的击球速度、更激进的落点（更靠近球台边缘）以及更快的回合节奏，这反映出它的水平仍在持续提升。

Ace在乒乓球桌上的胜利，绝不是为了抢走运动员的饭碗。这预示着具身人工智能在处理现实世界的复杂互动时，已经跨越了一道重要的分水岭。这种在真实场景下的实时适应能力，表明AI机器人具备了进入复杂工业环境，或为人类日常服务所需的关键智能。

例如，在竞技体育领域，机器人可以辅助运动员进行精准训练；在工业车间，机器人可以高效处理物料，参与精细生产活动；在抢险救灾或医院中，机器人能化身消防员或护士；它们甚至可以走进家庭，成为陪伴老人或孩子的智能管家。

Ace的成功是一个标志，预示着AI机器人正从静态、缓慢的自动化，跨越到能够与人类进行高强度实时交互的新纪元。

参考资料：

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