【转载】日本ROBOCON机器人大赛发展及启示

发表时间:2024-04-11 15:04作者:转载坑

以下文章转自公众号:


本文作者:

高歌,北京科技大学 日语2021级本科生

王旭,北京科技大学 研究员

(北京科技大学,北京,100083)


引言


日本被誉为“机器人王国”,机器人技术和产业均具有较高水平。1967年日本从美国引入工业机器人技术,1968年川崎重工便研制成功日本第一台工业机器人。此后依托本国的工业基础和完整的制造业产业链,在汽车工业和电子工业的带动下,加上日本国家政策的导向支持,日本工业机器人产业得以迅速发展,涌现出一批实力强劲的机器人企业,如工业机器人“四大家族”的发那科、安川电机,工业企业川崎重工、松下等。


经过数十年的发展,日本机器人技术在精密减速机、控制器、伺服电机等核心技术领域居于世界前列。随着日本人口老龄化劳动力人口不足,机器人的应用领域不断向家用、医疗、教育等领域拓展,软银、索尼等巨头企业纷纷推出服务机器人、教育机器人等产品。


机器人产业的快速发展,需要大量的产业技术人才作为支撑。东京工业大学森政弘教授等人在1988年发起了第一届高专ROBOCON比赛,ROBOCON即“Robot Contest”机器人竞赛的缩写。自1988年举办首届高专ROBOCON起,日本广播协会(NHK)电视台开始进行赛事直播,由此开启了ROBOCON系列机器人大赛发展的篇章。


1日本ROBOCON赛事体系

1.1高专ROBOCON(高専ロボコン)

1988年6月17日NHK电视台向日本49所高专院校发起了参加首届高专ROBOCON机器人竞赛的邀请,比赛全称为“创意的对决—日本高等专科学校机器人竞赛”。第一届比赛主题为“干电池汽车·竞速”,要求参赛者使用2节干电池驱动机器人,承载体重在60kg以上的队员,在35米距离内竞速比赛。首届比赛共有14所高校报名,经过选拔最终有14支队伍参加了第一届高专ROBOCON比赛,图1为第一届高专ROBOCON参赛机器人。


图1 第一届高专ROBOCON参赛机器人


高专ROBOCON的比赛宗旨是“独立自我思考,亲自动手创造”,致力于发展“不为固有概念束缚,趣味性体验,发散性思考”的比赛氛围。在NHK电视台的支持下,逐渐成为日本高专院校的机器人品牌赛事,被称为“高专学生的甲子园”。


1990年,日本将该赛事推向国际平台,第一次邀请其他国家参加比赛,我国北京航空航天大学宗光华教授在1995年第一次带领中国队开始参加该项比赛。中国队曾于1998年获得第三名的成绩。图2 为宗光华教授1995年带队参赛。

图2 宗光华教授1995年带队参加ROBOCON比赛


2022年日本高专ROBOCON的大赛是第35届ROBOCON比赛,主题为“奇迹☆飞向天空!”(ミラグル☆フライ 空へ舞いあがれ!)。参赛队需在规定的2分30秒内操控自主制作的纸飞机机器人,并控制纸飞机发射方向,使其落在5个横向圆盘3个纵向长滑道上,每个道具落定一个即为成功。来自日本全国的57所技术院校124支队伍经过全国8个赛区的选拔,有25支队伍与竞赛委员会推荐的一支队伍一起参加全国比赛。图3为2022年高专ROBOCON比赛宣传海报,图4为2022年高专ROBOCON比赛现场。


图3 2022年高专ROBOCON比赛宣传海报


图4 2022年高专ROBOCON比赛现场

1.2学生ROBOCON(学生ロボコン)


在高职ROBOCON成功举办的基础上,1991年起日本开始举办面向大学生的“NHK大学ROBOCON”比赛。随着多年的发展,“NHK大学ROBOCON”赛事的影响力逐步扩大,形成了日本大学生的一项机器人品牌赛事。在2001年,“NHK 大学ROBOCON”举办10年之际,由中国、日本、韩国、泰国、新加坡、印度尼西亚组成的“亚洲太平洋广播联盟”(ABU,简称亚广联)筹备举办亚太大学生机器人大赛(ABU ROBOCON)。ABU ROBOCON赛事每年推出一个新的主题,由主办国根据本国的历史文化特点制定比赛的主题和规则,参赛者需要综合运用机械、电子、控制等技术和工具,制作机器人完成规则设置的任务。比赛宗旨是“培养年轻工程师创作和构建事物的热情和能力,并开展人际交流”,首届ABU ROBOCON比赛于2002年8月在东京举行。


至此,ABU ROBOCON登上国际舞台,成为亚太地区每年一度的国际性大学生机器人赛事。作为“亚广联”成员之一的中国中央电视台于2001年筹备组织国内ROBOCON比赛,并于2002年举办“首届全国大学生机器人电视大赛”,赛事延续至今,每年选拔冠军队代表中国参加ABU ROBOCON。[1]图5是首届全国大学生机器人电视大赛参赛手册。


图5 首届全国大学生机器人电视大赛参赛手册

同年,随着“NHK 大学ROBOCON”参与范围扩大,高职学校学生也逐渐参与进来,因此自2015年起,赛事正式更名为“NHK学生ROBOCON”。主办方通过书面选拔和两次独立的视频审查,从日本全国的各个地区筛选出大约20支队伍参加全国比赛,经过创意和团队合作的比拼,优胜的队伍代表日本参加ABU ROBOCON。2017年,为纪念ROBOCON举办30周年,日本东京主办了第十六届ABU ROBOCON,来自中国、越南、马来西亚、印度等11个国家、21支队伍参加了当届国际比赛。图6 是2017年ROBOCON30周年,日本东京举办ABU ROBOCON。


图6   2017年ROBOCON30年· 日本东京举办ABU ROBOCON

对于ABU ROBOCON日本政府高度重视,日本首相会在官邸亲自接见代表日本参加ABU ROBOCON 的日本队队员并给予鼓励。图7为2018年日本首相接见参加ABU ROBOCON比赛的日本代表队。

图7 2018年日本首相接见参加ABU ROBOCON日本代表队

1.3 IDC ROBOCON

IDC(International Design Contest) ROBOCON,中文名称为“国际机器人设计大赛”,比赛于1990年由东京工业大学控制工程系与麻省理工学院机械工程系联合发起,是创意设计课程的交流赛,首届比赛主题为“淘金热”(ゴールドラッシュ),两所高校分别派出10名选手参加比赛。IDC ROBOCON的特点是“融合协作”,比赛将各个国家的参赛学生混编成组,组成一个不同国籍的多人小队,在两周时间内,克服语言、文化等差异,用限定的材料制作出机器人进行小组对抗赛。[2]赛事这一“协作重于竞争”的特点很快得到众多世界一流高校的积极响应,随着英国、德国、韩国、中国等国家的加入,逐渐成为高水平机器人赛事并延续至今。


2022年第32届IDC ROBOCON 由中国清华大学举办。比赛主题设计为“都江堰治水”(Harness the River),各参赛队机器人通过收集比赛场地上的球,并将其放在指定的地方来获取相应的分数;同时场地中还有用于巩固河岸的树木,将其种植在河道两旁即可获得相应分数。[3]受疫情影响,比赛采用线上模式,使用Unity物理引擎进行比赛。赛事共有来自中国、日本、韩国、印度、泰国、新加坡、墨西哥等国家的52名大学生参加,中国参赛高校分别是清华大学、浙江大学和上海交通大学。


1.4小学生ROBOCON(小学生ロボコン)


2020年ROBOCON赛事向低龄化延伸。首届小学生ROBOCON由NHK电视台发起,通过初赛和文件审查的形式在150多名4-6年级的小学生中挑选出24名选手参加全国大赛。全国大赛8人一组,在为期5天的活动中,参赛小学生发挥想象与创意,制作展示独具特色的机器人。2021年小学生ROBOCON将参赛资格放宽至1-6年级。


2023年比赛主题为“海底开拓 2022-2023~一起攻占海底神殿吧!”(海底開拓2022-2023~海底神殿を攻略せよ!~)。比赛三人一组,在规定时间内针对不同高度不同方位的“海底神殿宝藏库”进行乒乓球投掷,根据点数决定胜负。比赛场地示意图如图8所示。


图8 2023年日本小学生ROBOCON比赛场地示意图

2 日本ROBOCON赛事发展的启示


日本ROBOCON的发展有力支撑了日本国内教育、产业、技术、人才等多方面的进步与融合,对于我国各相关领域的协同发展,行业拔尖人才培养具有重要借鉴意义。


2.1政府大力支持,为产业和经济发展培养拔尖人才

回顾历史情境,1980年日本为彻底改变经济发展对能源过度依赖的局面,提出“科学技术立国”的战略。[4]也是在这一年,为缓解劳动力短缺制约产业发展的情况,工业机器人在日本得到广泛应用,1980年也称为日本的“机器人元年”。[5]


20世纪80年代,伴随着日本先进制造业的飞速发展,对技术、资金、人才的需求量大幅提高,日本政府在产业政策方面重点加强自主技术开发,大幅增加科技投入,推动产业结构知识密集化建设。这一时期诞生的ROBOCON不仅是日本广播协会配合政府“科技立国”战略的一项“科普工作”,也为技术密集型产业发展提供大量人才储备建立了一个很好的支撑平台。日本首相多次接见ROBOCON参赛学生,也表现出日本政府对ROBOCON的重要作用给予了充分肯定。


当今中国,面临的最大挑战是制造业核心竞争力不足,缺乏自主核心技术,这是制约中国产业转型升级、实现“跟随式”发展到自主发展的关键问题。面对“实现科技自立自强”、解决“卡脖子”问题的大量科技人才需求,有效实施“创新驱动发展战略”的基础保障,教育、科技等主管部门应该加大对以ROBOCON为代表的高水平机器人竞赛的支持,扩大赛事影响力,为国家战略科技力量培养更多卓越人才。


2.2建立覆盖各年龄段的完整赛事体系


和体育运动一样,高水平的拔尖人才培养,需要建立有分层分类,梯度培养的完善体系。日本ROBOCON竞赛体系覆盖了高职、本科、小学、国际学生等各年龄阶段的国内外学生,在激发学生对于机器人技术的兴趣,充分将理论与实践相结合,提高各年龄阶段学生创新意识、实践能力、沟通能力,发挥学生潜能等方面产生了持续连贯的积极影响。[6]


日本“ROBOCON之父”森政弘教授曾说过:“当学生将自己的想法付诸现实时,可以体悟到满足感与自我感动,这种感动不仅是现在教育所缺乏的,更是现在全体社会所缺失的。举办赛事的根本目的,是宣传人与自然和谐相处的思想,传达快乐、活力以及谦虚等优良品质,让创造者的眼睛重新散发光彩。”[7]


这种让参与者“眼里有光”的理念,应该是贯穿于学生成长的全过程,不同年龄阶段的学在参加比赛时所得到的收获和启迪是相通的。森政弘教授在其《ROBOCON的意义与祈愿》一文中指出,“ROBCON的价值在于让学生能够自我启发,自我培育,超越固有的名利概念,培育人与人、人与物之间的关系,这才是比赛真正的意义。”[8]其意义阐释如图9所示。


图9 森政弘提出的设想中ROBOCON的意义

2.3吸引相关方支持参与

2.3.1媒体

日本ROBOCON的发展离不开NHK电视台的持续支持,遵循着“媒体促科技”的理念,NHK将ROBOCON作为创新创意节目,在播放内容的趣味性、观赏性、创新性、科普性等方面不断创新,产生了广泛的社会影响力。日本ROBOCON 的播放公司与NHK旗下地方电视台联合,从预选赛开始进行阶段性、区域性报道,吸引特定区域的目标性受众,培养地区情怀,增强比赛与观众的情感联系。针对ROBOCON比赛,NHK每年拍摄专题纪录片,记录了各届大赛的精彩瞬间和选手们台前幕后的奋斗过程。



2003年日本导演古厩智之执导出品了一部名为ROBOCON(ロボコン)的电影,剧情主要围绕着一支学生机器人队伍参加ROBOCON比赛的故事展开,讲述了他们为了克服困难、奋斗争取胜利的过程。


日本ROBOCON比赛也有拓展多方宣传渠道,在Twitter、Facebook、Instagram、Youtube等国际媒体平台均设由官方账号,提高赛事宣传力度、推动赛事国际化发展。


在中国,作为一项工科类的专业赛事同样需要主办方同各类专业媒体紧密合作,将赛事的技术性、娱乐性得以充分展现;将比赛台前的紧张、激烈、兴奋,幕后的投入、协作、坚持进行深入挖掘,把这些青年学生“有理想、敢担当、能吃苦、肯奋斗”的精神状态,通过媒体传播产生更为广泛的影响。


2.3.2企业赞助

日本大企业有支持学生科技赛事的传统,如,本田、丰田、松下、东京电子等公司积极参与赞助活动,图10为2017年ABU ROBOCON比赛现场日本赞助企业广告牌。日本本田科技研究工业公司更是自2002年开始成为大赛的特别赞助商,连续二十余年支持ROBOCON的比赛发展。赞助ROBOCON一方面提高企业形象、打造良好社会声誉、培养隐形客户资源,另一方面,为企业的发展持续提供优秀人才的链接渠道。


图10 2017 东京ABU ROBOCON日本赞助企业广告牌

作为一项公益型赛事,中国的ROBOCON赛事也得到了大疆创新、普渡科技等民族机器人企业的连续支持,为赛事的良好发展、拔尖工程人才培养做出了贡献。


2.4重视国际化交流与发展

日本机器人竞赛一直重视国际化发展,日本ROBOCON更是在90年代就邀请海外队伍观摩、参赛。日本ROBOCON获奖队伍曾参加“澳大利亚国家科学技术中心开馆20周年庆” “土耳其全国学生ROBOCON比赛”等国际交流活动,获奖机器人除进行现场演示、用于技术交流外,还被作为礼物赠送给活动邀请方。[9]这些活动为参赛学生提供广阔的国际交流平台,推动日本机器人技术和人才更加主动地走向国际舞台。


ABU ROBOCON、IDC ROBOCON经过二三十年的发展也已成为国际上知名的大学生机器人赛事,赛事轮流举办的机制也促进了各国文化与科技的有机融合。依托赛事展开的国际交流,更是为广大学生提供了拓展视野、开放展示、兼收并蓄的良好平台。


2.5坚持赛事技术化、专业化提升

专业性比赛的发展需要强有力的技术支撑,大学教师深度参与有力支撑了日本ROBOCON赛事的专业化发展。


ROBOCON竞赛的发起人森政弘教授曾任日本机器人学会会长,是著名的机器人“恐怖谷理论”的提出者,因为发起了ROBOCON竞赛,在日本有“机器人竞赛博士”的雅称。森政弘教授电气学科出身,东京工业大学教授,工学博士,研究领域为机器手臂、人工心脏、人工肌肉、机器人群组等,是日本自动化和机器人工学领域的领军人物。


东京工业大学清水優史教授,东北大学工学博士,曾任NASA研究员、MIT客座教授,也是较早的参与教师之一,长期指导高职 ROBOCON 的规则制定、规则设计,并为规则手册作序,在IDC ROBOCON前期筹划以及后期发展上做出了许多贡献。


还有佐佐木俊英,作为ROBOCON的裁判,是高职ROBOCON、学生ROBOCON 选手出身,之后成为裁判员继续活跃在ROBOCON的赛场上。


这些赛事的组织者、参与者同时也是机器人技术的研究者、教育者能够将赛事的技术专业性结合参与学生的能力水平,在规则设计、技术引导、赛场展现等多方面有机融合,从而支撑起赛事的专业化发展。


4 结束语

我们看到,在20世纪日本“科技立国”的战略下,ROBOCON系列赛事起到了全面有效的积极作用。目前中国机器人已跃居为第一机器人市场,面对人口老龄化的增长趋势、机器人技术的飞速发展,能否充分挖掘中国“工程师红利”,在新一轮追赶超越中,在机器人、人工智能、智能制造、航空航天等核心技术领域支撑起国家创新驱动的发展战略,持续输出的行业需要的卓越工程人才,具有重要战略意义。以ROBOCON为代表的高水平机器人赛事,将肩负起这一重要历史使命,在体系化、国际化、专业化等方面不断学习与提升,为中华民族的伟大复兴做出应有的贡献。


参考文献

[1] 王旭.全国大学生机器人大赛发展历程[J].机器人技术与应用,2019, (01) 26-28.
[2] TAN N ,MOHAN R E,FOONG S H ,et al. IDC Robocon: A Transnational Teaming Competition for Project-Based Design Education in Undergraduate Robotics[J]. Robotics,2016,5(3):12.
[3] 清华大学.Competition rule.IDC ROBOCON[EB/OL](2022-8-2)[2023-7-30]. http://www.idc-robocon.org/idc2022_eng/rule/IDC2022rule.pdf.
[4] 王伟军.八十年代日本经济发展的目标——科学技术立国[J].世界经济,1981,(12):47-52.
[5] 罗连发,谭俊.国际机器人产业政策的主要经验及其对我国的启示[J].武汉科技大学学报(社会科学版),2020,22(05):558-571.
[6] 王凯,孙帙,西森年寿,等.日本机器人教育的发展现状和趋势[J].现代教育技术,2017,27(04):5-11.
[7] 森政弘. ロボコンの父・森政弘のことば. ロボコン[EB/OL](2018-6-10)[2023-7-30]. http://www.official-robocon.com/blog/707   
[8] 森政弘.ロボットコンテストの意義と願い[J].日本ロボット学会誌,1997,15(1):2-5.
[9] 佐東信司. 高専とロボットコンテスト[J].(<特集>高専制度創設50周年),2012,115:207-209.

策划丨全国大学生机器人大赛

图文来源丨机器人大讲堂

审核丨李辉Cynthia

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