【导语】在瑞士苏黎世联邦理工学院的实验室中，一场前所未有的羽毛球赛正在进行。人类选手与四足机器狗ANYmal-D展开对打，展现了机器人技术的惊人突破。这项研究成果不仅登上了机器人顶刊《Science Robotics》，更预示着机器人在动态环境中的全新应用前景，从体育训练到灾难救援，乃至星际探(tàn)索(suǒ)，一(yī)场(chǎng)静(jìng)默(mò)的(de)技(jì)术(shù)革(gé)命(mìng)正(zhèng)在(zài)悄(qiāo)然(rán)展(zhǎn)开(kāi)。

在(zài)瑞(ruì)士(shì)苏(sū)黎(lí)世(shì)联(lián)邦(bāng)理(lǐ)工(gōng)学(xué)院(yuàn)的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)里(lǐ)，一(yī)场(chǎng)特(tè)殊的羽毛球赛正在上演。

人类选手挥拍击球，而他的对手，一台四足机器狗ANYmal-D，正用金属身躯展现惊人的灵活性。

图片来源：研究论文

这不是科幻电影《铁甲钢拳》中机器人拳击的翻版，而是科学家们正在变为现实的突破。他们成功训练出了一只能够与人类玩家进行羽毛球对打的机器狗，并将这项令人瞩目的研究成果登上了机器人顶刊 Science Robotics。

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羽毛球：机器人世界的“珠穆朗玛峰”

图片来源：维基百科

你可能会好奇，为什么偏偏是羽毛球？在人类眼中，羽毛球是一项优雅而充满技巧的运动，但对于机器人来说，它简直就是一座难以逾越的“珠穆朗玛峰”。

首先，羽毛球的速度快得惊人。

在国际比赛中，羽毛球的飞行速度（通常指被击出后的初速度）是用公里每小时（km/h）来衡量的，并且根据国际羽联（BWF）标准分为五档：慢速（≤76 km/h）、中速（77~82 km/h）、快速（83~88 km/h）、超快速（89~94 km/h）和最快速度（≥95 km/h）。这些分类主要是为了适应不同海拔、气温和场馆条件，确保比赛的公平性和观赏性。顶尖选手的扣杀速度常常轻松突破300 km/h，甚至逼近400 km/h大关（约111 m/s），展现出惊人的爆发力。这意味着机器人必须在**眨眼之间完成“看到球—预测轨迹—快速移动—精确挥拍”**这一系列复杂的动作。任何一丝延迟、一点误差，都可能导致失误。

丹麦男双球员科丁，创造了男选手杀球速度最快的吉尼斯世界纪录，杀球速度达426km/h。（图片来源：Badminton World Federation）

而且，羽毛球运动对身体协调性的要求极高。人类运动员需要灵活的步法来覆盖整个场地，同时还需要精准的手眼协调来判断球的落点并挥拍击球。这不仅仅是手臂的运动，更是全身肌肉的协同配合。对于机器人而言，如何让它的“腿”和“手”像人类一样默契配合，实现全身的协调运动，一直是一个巨大的挑战。传统的机器人往往只能在固定位置进行操作，或者只能进行简单的移动，而羽毛球这种需要“跑动中击球”的运动，则将机器人的运动控制能力推向了极限。

羽毛球基本球路：1.放小球 2.挑球 3.切球 4.高远球 5.杀球。（图片来源：维基百科）

另一方面，羽毛球比赛充满了不确定性。对手(shǒu)的(de)每(měi)一(yī)次(cì)击(jī)球(qiú)都(dōu)可(kě)能(néng)带(dài)来(lái)不(bù)同(tóng)的(de)速(sù)度(dù)、角(jiǎo)度(dù)和(hé)落(luò)点(diǎn)，机(jī)器(qì)人(rén)必(bì)须(xū)能(néng)够(gòu)实(shí)时(shí)感(gǎn)知(zhī)并(bìng)适应这些变化。这不像工厂流水线上的重复性工作，每一次击球都是一次全新的挑战，需要机器人具备强大的学习和适应能力。

正因如此，让机器人学会打羽毛球，不仅仅是为了娱乐，更是对机器人技术，特别是人工智能、感知和运动控制领域的一次全面“大考”。

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智能突破：机器狗的“智慧”与“身手”

面对羽毛球运动的重重挑战，苏黎世联邦理工学院的研究团队运用多项前沿技术的巧妙融合与突破，最终使其在羽毛球场上展现出令人惊叹的实力。

机器狗系统概览。机械臂由四足底座和动态机械臂组成，另外还额外安装了一个立体摄像头。机器人控制器系统接收在相机坐标系中计算出的羽毛球位置，预测拦截位置，并将其与机器人本体感知数据一起输入(rù)强化学习（RL）策略。该策略通过生成关节指令来控制机器人的全部18个驱动装置。（图片来源：研究论文）

研究团队运用了强化学习（Reinforcement Learning，简称RL）技术，这就像为机器狗请来了一位“金牌教练”。通过在模拟环境中进行数百万次的“对打”，机器狗在没有明确指令的情况下，通过“试错”和“奖励”机制，自主摸索并优化了击球策略。

为了让机器狗能够“看”清高速飞行的羽毛球，研究人员为其配备了立体摄像头。更重要的是，他们引入了“感知噪声模型”，有效处理了真实世界中光线、背景和机器人自身运动带来的感知干扰。这项创新使得机器狗在模拟和现实环境中都能保持一致的感知能力。

此外，机器狗还学会了“主动感知行为”，即像人类运动员一样，主动调整身体姿态（如俯仰）以确保羽毛球始终处于视野中央，这种“眼随球动”的能力显著提升了其对羽毛球轨迹的追踪和预测精度。

机器狗评估球拍挥击成功率的定量评估图（图片来源：研究论文）

仅仅击中球还不够，打好羽毛球还需要“预判”和“连续作战”的能力。研究团队为机器狗设计了羽毛球轨迹预测模型，使其能够根据飞行速度和角度等信息，提前预测羽毛球的落点和轨迹。同时，通过“多目标挥拍训练”方式，机器狗在训练中需要连续完成多次击球，模拟真实比赛场景。

机器狗训练模拟场景（图片来源：研究论文）

经过严苛的训练和精心的设计，ANYmal-D机器狗在羽毛球场上展现出了令人惊叹的实力。它不仅能够准确地预测羽毛球的轨迹，还能以高达每秒12.06米的速度挥拍，并且在挑战条件下仍能保持80%以上的击球成功率。更令人称奇的是，它还能与人类玩家进行长达10拍以上的连续对打，这在机器人领域是一个里程碑式的成就。

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从球场到星辰：一场静默的革命

ANYmal-D目前还只是“业余选手”，挥拍速度不及人类，边角救球也显吃力。**但它的意义远超一场胜负。**它证明了腿式移动操作器（Legged Mobile Manipulators）这类新型机器人能在需要闪电反应、全身协调和精准感知的动态环境中胜任工作，这如同推开了一扇通往科幻世界的大门。

电影《星际穿越（Interstellar）》剧照

想象未来的健身房，这样的机器人成为你永不疲倦的私人教练。它能根据你的水平精准喂球，分析动作瑕疵，是严师也是密友，如同《星际穿越》中可靠的TARS。在危险区域，例如核废墟、地震残垣甚至外星地表，它们将成为终极“运动员”，像追逐羽毛球般在险境中执行精密操作。而未来的工厂里，这些能走会抓的机器(qì)人(rén)将(jiāng)彻(chè)底(dǐ)改(gǎi)变(biàn)流(liú)水(shuǐ)线(xiàn)，像(xiàng)人(rén)类(lèi)一(yī)样(yàng)自(zì)由(yóu)穿(chuān)行(xíng)、灵(líng)巧(qiǎo)装(zhuāng)配(pèi)，把(bǎ)非(fēi)结(jié)构(gòu)化(huà)空(kōng)间(jiān)变(biàn)成(chéng)新(xīn)主场(chǎng)。

这(zhè)场(chǎng)革(gé)命(mìng)的(de)核(hé)心(xīn)在(zài)于(yú)“通(tōng)用(yòng)性(xìng)”。研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)指(zhǐ)出(chū)，羽(yǔ)毛球只是起点，这套协调感知、移动与操作的系统，是打开无数动态任务大门的“万能模板”。今天它在球场上挥拍，明天就可能驰援灾区或探索火星。当机器开始掌握人类赖以生存的身体协调与空间智能，从体育到工业，从家庭到探险，无数领域将迎来深度重塑。

参考资料：

1.https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adu3922#M1

2.https://techxplore.com/news/2025-05-legged-robot-plays-badminton-humans.html

3.https://cosmosmagazine.com/technology/robotics/robot-plays-badminton/

4.https://www.science.org/content/article/watch-robot-play-badminton-against-human-players?utm_campaign=ScienceMagazine&utm_medium=ownedSocial&utm_source=twitter

5.https://mp.weixin.qq.com/s/N3cvRVQRuVxwmNWS6e-FQg

作者：杨雨鑫

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核：付昌义 南京工业大学副教授 江苏省科普作家协会科幻专委会主任委员