想打乒乓球，可以找機器人陪練了。

讓一位乒乓球愛好者和機器人對打，按照機器人的發(fā)展趨勢來看，誰輸誰贏還真說不準(zhǔn)。

機器人擁有靈巧的可操作性、腿部運動靈活、抓握能力出色 …… 已被廣泛應(yīng)用于各種挑戰(zhàn)任務(wù)。但在與人類互動緊密的任務(wù)中，機器人的表現(xiàn)又如何呢？就拿乒乓球來說，這需要雙方高度配合，并且球的運動非常快速，這對算法提出了重大挑戰(zhàn)。

在乒乓球比賽中，首要的就是速度和精度，這對學(xué)習(xí)算法提出了很高的要求。同時，這項運動具有高度結(jié)構(gòu)化（具有固定的、可預(yù)測的環(huán)境）和多智能體協(xié)作（機器人可以與人類或其他機器人一起對打）兩大特點，使其成為研究人機交互和強化學(xué)習(xí)問題的理想實驗平臺。

來自谷歌的機器人研究團隊已經(jīng)建立了這樣一個平臺來研究機器人在多人、動態(tài)和交互環(huán)境中學(xué)習(xí)所面臨的問題。谷歌為此還專門寫了一篇博客，來介紹他們一直在研究的兩個項目 Iterative-Sim2Real（i-S2R） 和 GoalsEye。i-S2R 讓機器人能夠與人類玩家進行超過 300 次的對打，而 GoalsEye 則使機器人能夠從業(yè)余愛好者那里學(xué)習(xí)到一些有用的策略（目標(biāo)條件策略）。

i-S2R 策略讓機器人和人類對打，雖然機器人的握拍姿勢看起來不太專業(yè)，但也不會漏掉一個球：

你來我往，還挺像那么回事，妥妥打出了高質(zhì)量球的感覺。

而 GoalsEye 策略則能將球返回到桌面指定位置，就和指哪打哪差不多：

i-S2R：利用模擬器與人類合作進行游戲

在這個項目中，機器人旨在學(xué)會與人類合作，即盡可能長時間地與人類進行對打。由于直接針對人類玩家進行訓(xùn)練既乏味又耗時，因此谷歌采用了基于模擬的方法。然而，這又面臨一個新的問題，基于模擬的方法很難準(zhǔn)確地模擬人類行為、閉環(huán)交互任務(wù)等。

在 i-S2R 中，谷歌提出了一種在人機交互任務(wù)中可以學(xué)習(xí)人類行為的模型，并在機器人乒乓球平臺上對其進行實例化。谷歌已經(jīng)建立了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以與業(yè)余人類玩家一起實現(xiàn)高達 340 次擊球?qū)Υ颍ㄈ缦滤荆?/p>

人與機器人對打 4 分鐘，來回多達 340 次

學(xué)習(xí)人類行為模型

讓機器人準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)人類行為還面臨以下問題：如果一開始就沒有足夠好的機器人策略，就無法收集關(guān)于人類如何與機器人交互的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。但是如果沒有人類行為模型，從一開始就無法獲得機器人策略，這個問題有點繞，就像先有雞還是先有蛋的問題。一種方法是直接在現(xiàn)實世界中訓(xùn)練機器人策略，但這通常很慢，成本高昂，并且會帶來與安全相關(guān)的挑戰(zhàn)，當(dāng)人參與其中時，這些挑戰(zhàn)會進一步加劇。

如下圖所示，i-S2R 使用一個簡單的人類行為模型作為近似起點，并在模擬訓(xùn)練和現(xiàn)實世界部署之間交替進行。每次迭代中，人類行為模型和策略都會被調(diào)整。

i-S2R 方法

谷歌根據(jù)玩家類型對實驗結(jié)果進行了細分：初學(xué)者（占 40% 的玩家）、中級（占 40% 的玩家）和高級（占 20% 的玩家）。由實驗結(jié)果可得，對于初學(xué)者和中級玩家（占 80% 的玩家），i-S2R 的表現(xiàn)都明顯優(yōu)于 S2R+FT（sim-to-real plus fine-tuning）。

按玩家類型劃分的 i-S2R 結(jié)果。

GoalsEye：可精確擊中指定位置

在 GoalsEye 中，谷歌還展示了一種方法，該方法結(jié)合了行為克隆技術(shù)（behavior cloning techniques）來學(xué)習(xí)精確的目標(biāo)定位策略。

這里谷歌重點關(guān)注乒乓球的精度，他們希望機器人可以將小球精確返回到球臺上的任意指定位置，就如下圖所展示的指哪打哪。為實現(xiàn)如下效果，他們還采用了 LFP（Learning from Play）、GCSL（Goal-Conditioned Supervised Learning）。

GoalsEye 策略瞄準(zhǔn)直徑為 20cm 的圓圈（左）。人類玩家可以瞄準(zhǔn)同樣的目標(biāo)（右）。

在最初的 2480 次演示中，谷歌的訓(xùn)練策略僅在 9% 的時間內(nèi)準(zhǔn)確地擊中半徑為 30 厘米的圓形目標(biāo)。在經(jīng)過了大約 13500 次演示后，小球達到目標(biāo)的準(zhǔn)確率上升到 43%（右下圖）。