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【导语】在今年春晚的舞台上，一群特别的“舞者”吸引了所有人的目光。它们就是来自杭州宇树科技有限公司的科技精灵“福兮”，型号为宇树H1，是该公司首款通用人形机器人。这些机器人穿着漂亮的花袄，手持鲜艳的手绢，与真人演员一起欢快地扭着秧歌，展现出了惊人的舞蹈才能。从学习动作、听懂音乐，到默契配合、手上功夫，再到上万次测试，工程师们为“福兮”的成功表演付出了巨大努力。未来，“福兮”机器人有望在更多领域展现其潜力，为观众带来全新的体验。

今年春晚有一群特别的“舞者”，它们穿着漂亮的花袄，手里拿着鲜艳的手绢，和真人演员一起欢快地扭着秧歌，一出场便吸引了所有人的目光，它们就是科技精灵“福兮”，型号为宇树H1，来自杭州宇树科技有限公司，是这家公司旗下首款通用人形机器人。

工程师为了让“福兮” 学会扭秧歌，可花了不少心思，你们知道工程师们花了哪些心思吗?

图源：潮新闻

1. 学动作

舞蹈演员在镜头前跳舞，“福(fú)兮(xī)” 则(zé)像(xiàng)个(gè)认(rèn)真(zhēn)的(de)学(xué)生(shēng)，用(yòng)AI软(ruǎn)件(jiàn)把(bǎ)动(dòng)作(zuò) “看(kàn)” 下(xià)来(lái)，而(ér)“看(kàn)”所(suǒ)用(yòng)到(dào)的(de)是(shì)计(jì)算(suàn)机(jī)视(shì)觉(jué)技术，它会对演员的动作进行实时分析和处理。在这个过程中，软件会识别出演员的关键姿态和动作轨迹，并将这些信息用数字化的数据表示，即初步的指令代码。然而，初步的指令代(dài)码(mǎ)往(wǎng)往(wǎng)还(hái)不(bù)能(néng)直(zhí)接(jiē)用(yòng)于(yú)控制“福兮”的动作。工程师们可能会根据“福兮”的运动能力、关节限制以及动力学特性等因素，对指令代码进行量化调整，以确保“福兮”更精准的学习动作。例如，他们可能会调整动作的时间间隔，以确(què)保(bǎo)“福(fú)兮(xī)”能(néng)够(gòu)流(liú)畅(chàng)地(de)完成每一个动作；或者调整动作的空间位置，以确保“福兮”在舞台上能够准确地定位自己。

通过这一系列的调整和优化，工程师们最终能够将指令代码转化为“福兮”能够理解和执行的控制指令，从而使其能够准确地学习并复现出舞蹈演员的动作。

2. 听音乐

工程师为“福兮”设计了专门的AI算法 ，以便福兮“听懂”音乐，算法核心在于对音乐信号的深度解析和智能转化。这个算法首先会对输入的音乐进行预处理，包括音频信号的采样、滤波和降噪等，以确保获取到清晰、准确的音乐数据。接着，算法会运用先进的音频分析技术，对音乐信号进行频谱分析、节奏检测、旋律提取等处理。频谱分析可以帮助算法理解音乐的频率成分，如低音、中音和高音的比例，以及它们随时间的变化；节奏检测则能够识别出音乐的节拍和节奏模式，这是舞蹈动作与音乐同步的基础；旋律提取则是捕捉音乐的主旋律线，理解音乐的情感走向和旋律起伏。在解析了音乐的基本元素后，算法会进入智能转化阶段。它会根据预设的舞蹈规则和风格库，将音乐元素映射到相应的舞蹈动作上。例如，欢快的音乐可能对应着活(huó)泼(po)的(de)跳(tiào)跃(yuè)和(hé)快(kuài)速(sù)的(de)旋转，而舒缓的音乐则可能对应着柔美的手势和流畅的步伐，因此他们可以根据不同风格的音乐，展现不同类型的舞蹈，音乐欢快，它舞蹈活泼；音乐舒缓，它动作优美。

3. 默契配合

“福兮”在春晚舞台上大放异彩，靠的是身上的 “秘密武器”——高精度3D激光技术，像有一双超级眼睛，不管舞台多乱、人多挤，都能知道自己在哪、该往哪走。福兮使用的是LiDAR技术来实现高精度3D激光定位和自我导航。它是一种利用激光测距原理进行三维空间测量的先进技术，它赋予“福兮”在复杂环境中精准定位和自我导航的能力，使它能够在拥挤的舞台环境中精准定位自己和其他机器人的位置，确保它们能够按照预定的编队和动作进行表演；该技术还使得“福兮”能够实时感知周围环境的变化，如其他演员或道具的移动，从而做出及时的反应和调整，保持动作的整齐和协调，为“福兮”在春晚舞台上的精彩表演提供了有力保障。

来源：春晚直播截图

4. 手上功夫

“福兮”全身有19个关节，能做出各种灵活动作。工程师还特意在“福兮”的手臂上加了3个 小关节，为了让它能像杂技演员一(yī)样抛手绢、接手绢。手绢抛接的动作涉及复杂的运动控制和编程。工程师们通过编写特定的算法和程序，来控制“福兮”手臂上的关节进行精确的运动。这些程序需要考虑到手绢的抛掷角度、速度、高度以及接手绢的时机和位置等多个因素，以确保手绢能够准确地被抛出并接住。为了实现手绢拋接动作的精准控制，“福兮”还配备了各种传感器，如位置传感器、速度传感器等。这些传感器能够实时监测手臂的运动状态和手绢的位置，并将这些信息反馈给控制系统。控制系统根据反馈的信息进行调整，以确保手绢拋接动作的准确性和稳定性。最终，通过综合应用，“福兮”实现了手绢拋接这一复杂而精细的动作。

来(lái)源(yuán)：春(chūn)晚(wǎn)直(zhí)播(bō)截(jié)图(tú)

5.上(shàng)万(wàn)次(cì)测(cè)试(shì)

为(wèi)了(le)让(ràng)“福(fú)兮(xī)” 春(chūn)晚(wǎn)直(zhí)播(bō)不(bù)出(chū)问(wèn)题(tí)，工(gōng)程(chéng)师(shī)在(zài)虚(xū)拟(nǐ)平(píng)台(tái)对(duì)单(dān)台(tái)机(jī)器(qì)人(rén)测(cè)试(shì)了(le)上(shàng)万(wàn)次(cì)。就(jiù)像(xiàng)在(zài)正(zhèng)式(shì)考(kǎo)试(shì)前(qián)需(xū)要(yào)做(zuò)许(xǔ)多(duō)模(mó)拟(nǐ)去(qù)找(zhǎo)出(chū)自(zì)己(jǐ)的(de)不(bù)足(zú)，同(tóng)样(yàng)工(gōng)程(chéng)师(shī)也(yě)需(xū)要(yào)提(tí)前(qián)把(bǎ)错(cuò)误(wù)都(dōu)找(zhǎo)出(chū)来(lái)，这(zhè)样(yàng) “福(fú)兮(xī)” 表(biǎo)演(yǎn)时(shí)就(jiù)能(néng)顺(shùn)顺(shùn)利(lì)利(lì)。经(jīng)过(guò)上(shàng)面(miàn)一(yī)系(xì)列(liè)过(guò)程(chéng)，“福(fú)兮(xī)”便(biàn)可(kě)以(yǐ)正(zhèng)式(shì)上(shàng)台(tái)表(biǎo)演(yǎn)啦(la)！此(cǐ)外(wài)，春(chūn)晚(wǎn)演(yǎn)出(chū)可(kě)不(bù)是(shì)“福(fú)兮(xī)”第(dì)一(yī)次(cì)和(hé)大(dà)家(jiā)见(jiàn)面(miàn)；2023年(nián)，福(fú)兮(xī)首(shǒu)次(cì)登(dēng)上(shàng)时(shí)代(dài)舞(wǔ)台(tái)，之(zhī)后(hòu)在(zài)北(běi)京(jīng)世(shì)界(jiè)机(jī)器(qì)人(rén)大(dà)会(huì)露(lù)脸(liǎn)；2024年(nián)在(zài)英(yīng)伟(wěi)达(dá)GTC大(dà)会(huì)展(zhǎn)示(shì)新(xīn)技(jì)术(shù)，还(hái)参(cān)演(yǎn)了(le)张(zhāng)艺(yì)谋(móu)导(dǎo)演(yǎn)的(de)舞(wǔ)台(tái)剧(jù)《澳(ào)门(mén)2049》。

目(mù)前(qián)，“福(fú)兮(xī)”已(yǐ)经(jīng)成(chéng)功(gōng)在(zài)春(chūn)晚(wǎn)舞(wǔ)台(tái)上(shàng)展(zhǎn)示(shì)了(le)其(qí)舞(wǔ)蹈(dǎo)才(cái)能(néng)，未(wèi)来(lái)可(kě)参(cān)与(yǔ)更(gèng)多(duō)类(lèi)型(xíng)的(de)表(biǎo)演(yǎn)，如(rú)它(tā)可(kě)以(yǐ)作(zuò)为(wèi)虚(xū)拟(nǐ)偶(ǒu)像(xiàng)或(huò)主持(chí)人(rén)，与(yǔ)观(guān)众(zhòng)进(jìn)行(xíng)互(hù)动(dòng)，提(tí)升(shēng)节(jié)目(mù)的(de)趣(qù)味(wèi)性(xìng)和(hé)观(guān)赏(shǎng)性(xìng)，为(wèi)观(guān)众(zhòng)带(dài)来(lái)全新(xīn)的(de)体(tǐ)验(yàn)；其(qí)次(cì)机(jī)器(qì)人(rén)可(kě)以(yǐ)在(zài)医(yī)疗(liáo)健(jiàn)康(kāng)领(lǐng)域大(dà)展(zhǎn)身(shēn)手(shǒu)，它(tā)可(kě)协(xié)助(zhù)医(yī)生(shēng)进(jìn)行(xíng)手(shǒu)术(shù)操(cāo)作(zuò)，提(tí)高(gāo)手(shǒu)术(shù)的(de)精(jīng)确(què)性(xìng)和(hé)安(ān)全性(xìng)；也(yě)可(kě)在(zài)机(jī)场(chǎng)、车(chē)站(zhàn)、等(děng)公(gōng)共(gòng)场(chǎng)所(suǒ)，为(wèi)人(rén)们(men)提(tí)供(gōng)导(dǎo)览(lǎn)、咨(zī)询(xún)和(hé)安(ān)全检(jiǎn)查(chá)等(děng)服(fú)务(wu)，提(tí)升(shēng)公(gōng)共(gòng)服(fú)务(wu)的(de)效(xiào)率(lǜ)和(hé)质(zhì)量(liàng)。不(bù)止(zhǐ)这(zhè)些(xiē)场(chǎng)景(jǐng)，“福(fú)兮(xī)”机(jī)器(qì)人(rén)在(zài)未(wèi)来(lái)还(hái)有(yǒu)更(gèng)加的应用场景。

供稿单位：重庆理工大学计算机科学与工程学院

作者：重庆理工大学 范伊蕊

审核专家：倪伟

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