今年春晚有一群特別的“舞者”，它們穿著漂亮的花襖，手里拿著鮮艷的手絹，和真人演員一起歡快地扭著秧歌，一出場便吸引了所有人的目光，它們就是科技精靈“福兮”，型號(hào)為宇樹H1，來自杭州宇樹科技有限公司，是這家公司旗下首款通用人形機(jī)器人。

工程師為了讓“福兮” 學(xué)會(huì)扭秧歌，可花了不少心思，你們知道工程師們花了哪些心思嗎?

圖源：潮新聞

1. 學(xué)動(dòng)作

舞蹈演員在鏡頭前跳舞，“福兮” 則像個(gè)認(rèn)真的學(xué)生，用AI軟件把動(dòng)作 “看” 下來，而“看”所用到的是計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，它會(huì)對(duì)演員的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。在這個(gè)過程中，軟件會(huì)識(shí)別出演員的關(guān)鍵姿態(tài)和動(dòng)作軌跡，并將這些信息用數(shù)字化的數(shù)據(jù)表示，即初步的指令代碼。然而，初步的指令代碼往往還不能直接用于控制“福兮”的動(dòng)作。工程師們可能會(huì)根據(jù)“福兮”的運(yùn)動(dòng)能力、關(guān)節(jié)限制以及動(dòng)力學(xué)特性等因素，對(duì)指令代碼進(jìn)行量化調(diào)整，以確?！案Ｙ狻备珳?zhǔn)的學(xué)習(xí)動(dòng)作。例如，他們可能會(huì)調(diào)整動(dòng)作的時(shí)間間隔，以確?！案Ｙ狻蹦軌蛄鲿车赝瓿擅恳粋€(gè)動(dòng)作；或者調(diào)整動(dòng)作的空間位置，以確保“福兮”在舞臺(tái)上能夠準(zhǔn)確地定位自己。

通過這一系列的調(diào)整和優(yōu)化，工程師們最終能夠?qū)⒅噶畲a轉(zhuǎn)化為“福兮”能夠理解和執(zhí)行的控制指令，從而使其能夠準(zhǔn)確地學(xué)習(xí)并復(fù)現(xiàn)出舞蹈演員的動(dòng)作。

2. 聽音樂

工程師為“福兮”設(shè)計(jì)了專門的AI算法 ，以便福兮“聽懂”音樂，算法核心在于對(duì)音樂信號(hào)的深度解析和智能轉(zhuǎn)化。這個(gè)算法首先會(huì)對(duì)輸入的音樂進(jìn)行預(yù)處理，包括音頻信號(hào)的采樣、濾波和降噪等，以確保獲取到清晰、準(zhǔn)確的音樂數(shù)據(jù)。接著，算法會(huì)運(yùn)用先進(jìn)的音頻分析技術(shù)，對(duì)音樂信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、節(jié)奏檢測、旋律提取等處理。頻譜分析可以幫助算法理解音樂的頻率成分，如低音、中音和高音的比例，以及它們隨時(shí)間的變化；節(jié)奏檢測則能夠識(shí)別出音樂的節(jié)拍和節(jié)奏模式，這是舞蹈動(dòng)作與音樂同步的基礎(chǔ)；旋律提取則是捕捉音樂的主旋律線，理解音樂的情感走向和旋律起伏。在解析了音樂的基本元素后，算法會(huì)進(jìn)入智能轉(zhuǎn)化階段。它會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的舞蹈規(guī)則和風(fēng)格庫，將音樂元素映射到相應(yīng)的舞蹈動(dòng)作上。例如，歡快的音樂可能對(duì)應(yīng)著活潑的跳躍和快速的旋轉(zhuǎn)，而舒緩的音樂則可能對(duì)應(yīng)著柔美的手勢和流暢的步伐，因此他們可以根據(jù)不同風(fēng)格的音樂，展現(xiàn)不同類型的舞蹈，音樂歡快，它舞蹈活潑；音樂舒緩，它動(dòng)作優(yōu)美。

3. 默契配合

“福兮”在春晚舞臺(tái)上大放異彩，靠的是身上的 “秘密武器”——高精度3D激光技術(shù)，像有一雙超級(jí)眼睛，不管舞臺(tái)多亂、人多擠，都能知道自己在哪、該往哪走。福兮使用的是LiDAR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高精度3D激光定位和自我導(dǎo)航。它是一種利用激光測距原理進(jìn)行三維空間測量的先進(jìn)技術(shù)，它賦予“福兮”在復(fù)雜環(huán)境中精準(zhǔn)定位和自我導(dǎo)航的能力，使它能夠在擁擠的舞臺(tái)環(huán)境中精準(zhǔn)定位自己和其他機(jī)器人的位置，確保它們能夠按照預(yù)定的編隊(duì)和動(dòng)作進(jìn)行表演；該技術(shù)還使得“福兮”能夠?qū)崟r(shí)感知周圍環(huán)境的變化，如其他演員或道具的移動(dòng)，從而做出及時(shí)的反應(yīng)和調(diào)整，保持動(dòng)作的整齊和協(xié)調(diào)，為“福兮”在春晚舞臺(tái)上的精彩表演提供了有力保障。

來源：春晚直播截圖

4. 手上功夫

“福兮”全身有19個(gè)關(guān)節(jié)，能做出各種靈活動(dòng)作。工程師還特意在“福兮”的手臂上加了3個(gè) 小關(guān)節(jié)，為了讓它能像雜技演員一樣拋手絹、接手絹。手絹拋接的動(dòng)作涉及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制和編程。工程師們通過編寫特定的算法和程序，來控制“福兮”手臂上的關(guān)節(jié)進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)。這些程序需要考慮到手絹的拋擲角度、速度、高度以及接手絹的時(shí)機(jī)和位置等多個(gè)因素，以確保手絹能夠準(zhǔn)確地被拋出并接住。為了實(shí)現(xiàn)手絹拋接動(dòng)作的精準(zhǔn)控制，“福兮”還配備了各種傳感器，如位置傳感器、速度傳感器等。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測手臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和手絹的位置，并將這些信息反饋給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)反饋的信息進(jìn)行調(diào)整，以確保手絹拋接動(dòng)作的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。最終，通過綜合應(yīng)用，“福兮”實(shí)現(xiàn)了手絹拋接這一復(fù)雜而精細(xì)的動(dòng)作。

來源：春晚直播截圖

5.上萬次測試

為了讓“福兮” 春晚直播不出問題，工程師在虛擬平臺(tái)對(duì)單臺(tái)機(jī)器人測試了上萬次。就像在正式考試前需要做許多模擬去找出自己的不足，同樣工程師也需要提前把錯(cuò)誤都找出來，這樣 “福兮” 表演時(shí)就能順順利利。經(jīng)過上面一系列過程，“福兮”便可以正式上臺(tái)表演啦！此外，春晚演出可不是“福兮”第一次和大家見面；2023年，福兮首次登上時(shí)代舞臺(tái)，之后在北京世界機(jī)器人大會(huì)露臉；2024年在英偉達(dá)GTC大會(huì)展示新技術(shù)，還參演了張藝謀導(dǎo)演的舞臺(tái)劇《澳門2049》。

目前，“福兮”已經(jīng)成功在春晚舞臺(tái)上展示了其舞蹈才能，未來可參與更多類型的表演，如它可以作為虛擬偶像或主持人，與觀眾進(jìn)行互動(dòng)，提升節(jié)目的趣味性和觀賞性，為觀眾帶來全新的體驗(yàn)；其次機(jī)器人可以在醫(yī)療健康領(lǐng)域大展身手，它可協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)操作，提高手術(shù)的精確性和安全性；也可在機(jī)場、車站、等公共場所，為人們提供導(dǎo)覽、咨詢和安全檢查等服務(wù)，提升公共服務(wù)的效率和質(zhì)量。不止這些場景，“福兮”機(jī)器人在未來還有更加的應(yīng)用場景。

供稿單位：重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院

作者：重慶理工大學(xué) 范伊蕊

審核專家：倪偉

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