中國機器人競賽20年:技術、教育與未來工程師

2020年3月，深圳市大疆創新科技有限公司（簡稱「大疆」）發布了RoboMasterEP機器人教育套裝。儘管因疫情影響，發布會安排在線上進行，但正如發布會主題「拓展教育新邊界」所言，此舉是繼2019年6月推出首款教育機器人RoboMasterS1熱銷之後，再一次給科技教育界帶來一波衝擊。

青年工程師：科技公司的教育情懷

早在2013年，大疆就已開始進入科技教育領域，那一年大疆舉辦了首屆RoboMaster大學生機器人夏令營，活動的內容是進行一場機器人對抗射擊比賽，也就是後來的RoboMaster機甲大師賽。

舉辦機器人競賽，是源於大疆創始人汪滔的機器人情結。2006年大疆創立之前，還在香港科技大學讀書的汪滔在2004和2005年連續兩年參加了亞太大學生機器人大賽ROBOCON，獲得了中國香港地區冠軍、亞太地區季軍。充滿挑戰與激情的比賽經歷對汪滔影響深遠，他體會到一個優秀的技術團隊需要「激極盡志、求真品誠」的做事態度，以及「堅持夢想、實幹純粹」的務實風格。舉辦一個更具觀賞性和更大影響力的機器人比賽，不僅可以培養出大量的優秀工程師，還可以在社會上塑造崇尚技術的青年工程師文化。

圖1 RoboMaster機器人競賽現場（圖片來源於大疆）

2014年，大疆成立了RoboMaster部門，作為大疆內部的一級部門，RoboMaster沒有盈利目標，專注於賽事及相關教育事務的設計、運營及組織工作。2015年，RoboMaster機甲大師賽首次亮相，賽事得到了共青團中央的支持，進入了全國大學生機器人大賽（CURC）賽事系列。2016年，大疆又順勢舉辦了首屆RoboMaster高中生機器人假期營。截至2019年，RoboMaster系列賽事已舉辦了5屆，累計投入3.5億元，吸引了全球逾3萬名青年工程師、500所高校的積極參與。

而RoboMasterS1和EP的機器人原型，正是來自RoboMaster全國大學生機器人大賽的比賽機器人。此次大疆發布EP教育機器人的同時，還推出了相關課程、教材以及面向中小學生舉辦的RoboMaster青少年機器人挑戰賽，實現了以機器人競賽為核心，配套教育產品、課程、品牌活動的商業閉環，在大中小學各年齡段建立了機器人教育的長鏈條。

技術革命：行業興起催生人才需求

1920年，捷克作家恰佩克在科幻劇《羅薩姆的萬能機器人》中最早使用了robot一詞，至今整整一百年。回顧人類技術發展，三次技術革命顯著提高了人類對物質、能量和信息的製造、存儲、傳輸和使用的能力，並由此極大地改變了人類的生產生活、組織形式和行為認知。

20世紀60年代，美國研製出第一臺工業機器人，但因擔心發展機器人技術會造成更多人失業，沒有把工業機器人列入重點發展項目。反觀德國和日本，為解決二戰後勞動力不足問題，結合國內已有較好的國民技術基礎，利用汽車行業崛起機會，大力推動工業機器人的應用，形成了工業機器人、汽車製造業比翼雙飛的局面。時至今日，工業機器人廠商德國KUKA、瑞士ABB、日本的發那科和安川電機四大家族的全球營收佔比仍然保持在40%以上。

2001年，中國加入WTO，以「世界工廠」角色嵌入全球化分工產業鏈。憑藉低廉的人力成本優勢，勞動密集型的製造業飛速發展，培養出大批技術工人。在西方國家聚焦高科技、金融、高端服務業的去工業化背景下，中國順勢承接了更多的製造業項目，對外引進西方的技術、資金和管理模式，對內建立和形成大規模的基礎設施、完備的產業鏈、強大的物流能力，逐漸成長為世界第二大經濟體。

圖2 2014—2021*我國工業機器人銷售額及增長率

（圖片來源於國際機器人聯合會）

隨著技術的進步，機器人的性能和可靠性不斷提高，使用和維護費用不斷下降，與人工方式相比已經具備了成本優勢。同時，中國15～64歲勞動力人口在2013年達到頂峰後逐年下降，勞動力短缺、人工成本提高，推動了中國製造業向「機器換人」轉變。另外，汽車、電子、金屬加工等機器人應用密集的製造業規模飛速擴張，最終讓工業機器人在中國銷售量超過了全球銷量的三分之一。

20年來，機器人技術在驅動、傳動、控制、傳感、系統、算法等方面不斷取得突破性的進展，更高的速度、精度、柔性等控制能力，更強大的定位、視覺、力覺等感知能力，更智慧的交互、識別、學習等計算能力，將機器人技術推廣到更多的應用場景，如無人機、平衡車、潛航器、家用掃地、倉儲物流、安防巡檢等。機器人超越了工廠環境，向更多非製造業領域延伸。

自2012年以來，全球機器人行業風險投資年複合增長率達到55%，到2019年已達54億美元，機器人行業成為近十年最熱門的行業之一。行業的興起催生出龐大的人才需求，技術工程師將作為創新驅動發展的核心戰略資源，支撐機器人基礎技術和理論的研究、機器人核心部件和產品的研發應用。如何培養足夠數量且符合產業需要的優秀工程師，成為機器人教育的重要歷史使命。

核心存在：競賽帶動機器人教育發展

為持續培養創新型人才，不斷保持技術優勢，美國在20世紀90年代即提出了STEM綜合教育，這也是今天STEAM教育的概念基礎。科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）就像是對機器人教育的量身解讀。

美國發明家DeanKamen創立的非營利性組織FIRST（For Inspiration and Recognition of Science and Technology）在1992年舉辦了第一屆FIRST機器人競賽，2年後，美國麻省理工學院開設了「設計和建造LEGO機器人」課程。

與產業發展同步，有「機器人王國」之稱的日本，在機器人教育方面起步比美國更早，1980年，便將器人產業定位為前沿技術產業；1988年，日本放送協會NHK和全國中專聯合會舉辦了首屆ROBOCON（RobotContest）機器人競賽；從1991年起開始舉辦大學的ROBOCON比賽；1996年，日本立命館大學第一次建立了獨立的機器人學科。

時至今日，機器人教育在「課程、競賽、活動」三種形式下不斷發展，同其他學科教育不同，「競賽」一直是作為最核心形式的存在。分析原因，主要在於機器人技術的三個鮮明特點：一是機器人技術學科交叉性強，所涉及學科課程已自成體系，專業之間的整合缺少機制和動力，傳統考核方式難以形成統一標準；二是機器人技術前沿變化快，形成課程教材的內容往往存在滯後，難以適應技術發展的速度；三是機器人技術實踐性強、成本高，優秀工程師的技能養成需要大量的實踐訓練，傳統的課堂式教學不適合，在資源上也難以支撐足夠「貼近真實」的工程實踐。因此，對於機器人教育的教學設計，經常引導學生採用基於項目學習（Project based Learning）、基於問題學習（Problem based Learning）和基於設計學習（Design based Learning）等方法。

目前，「項目制」的教學模式成為機器人教育界的普遍共識。「項目制」教學目標導向明確、不局限於學科，按需學、做中學，更符合人類的認知規律；基於學科交叉項目，需要組成跨專業團隊，個人在團隊中需要做到精本職、通全局，在具體問題的分析、解決過程中，實現分工協作；針對項目的考核評價，就是項目團隊達成的結果以及個人在團隊中的貢獻與責任。

可以看出，機器人競賽正是符合「項目制」教學特點的完美形式：可以緊跟前沿設置問題，具有明確的目標，限定一定的時間和資源，需要形成跨專業團隊，通過大量實踐操作獲得可考核的清晰結果。

進入世紀之交，一批看到機器人競賽重要價值的科技教育界有識之士開始了積極探索：1999年，中國自動化學會舉辦首屆中國RoboCup機器人足球仿真賽；2000年，中國人工智慧學會舉辦首屆「廣茂達杯」中國智慧機器人大賽；2001年，中國科協舉辦首屆全國青少年電腦機器人競賽（中國青少年機器人競賽前身）；2002年，中國中央電視臺舉辦首屆全國大學生機器人電視大賽ROBOCON（全國大學生機器人大賽前身）。

圖3 「項目制」的教學模式關鍵環節

經過20年發展，中國的機器人競賽進入了百花齊放的時代，形成了覆蓋各年齡階段群體，涵蓋空中、水中、地面，包括參與國際賽事與自主原創賽事，基於學術、技術、應用與科普導向全面發展的繁榮景象。

時至今日，機器人競賽在兩個方向上持續發展。一方面是建立賽事平臺。例如，中國青少年機器人競賽、世界機器人大賽、世界青少年機器人奧林匹克競賽（WRO）、世界教育機器人大賽（WER）等賽事平臺，類似奧運會，在一個賽事平臺下包含有多個賽項。

另一方面是設計比賽項目。除了創意、創業等評審類項目，機器人競賽項目類型很大程度上和體育競技項目類似，體能（速度力量、耐力）、技能（表現難度、技能準確）、對抗（隔網、同場、格鬥）三種類型在機器人競賽中通常表現為競速、任務和對抗。

比較典型的任務類賽事有ROBOCON系列賽事、國際空中機器人大賽（IARC）、國際水下機器人競賽（RoboSub）等，此類賽事通常以技術為導向，以規則設置的任務完成度、完成速度為標準，任務設計通常具有挑戰性，隊伍之間比拼的是速度、精度、穩定性為主的綜合技術水平。

同場對抗類典型賽事有RoboCup、FIRST系列賽事、VEX、MakeXPremier等，這類賽事的特點在於比賽過程中需要多臺機器人相互配合，根據規則選擇得分策略，以取得分數優勢為比賽目標，機器人之間一般不發生衝突性接觸。

圖4 ROBOCON機器人競賽賽前準備

（圖片來源於全國大學生機器人大賽組委會）

格鬥對抗類典型賽事在國內有機器人格鬥賽（武術擂臺賽），國際上有日本ROBO-ONE機器人格鬥賽，還有以綜藝節目形式出現的博茨大戰（Battlebots），以及中國版的《鐵甲雄心》《這就是鐵甲》等，機器人之間產生直接接觸，以擊打、破壞對方機器人為目的。

但就像機器人屬於交叉學科一樣，機器人競賽也向著類型交叉、技術與娛樂相融的方向發展，具體賽項有時會包含多種類型的元素。基於「有意思才能更有意義」的態度，近年來有國內賽事組織方以多人在線戰術競技（MOBA）遊戲為基礎開發的新型賽事，例如全國大學生機器人大賽的RoboMaster、ROBOTAC。

競賽是「項目制」教學的一種特殊形式，和其他教學模式一樣，優秀的競賽需要精心的設計。分析國內外諸多優秀機器人競賽，我們發現其中含有共同的特點：

有意思。熱血的競速、激烈的對抗、多變的策略，可以點燃學生的激情。具有「遊戲性格」的競賽還會在技術的基礎上賦予其有趣的主題：「深海救援」「月球採集」等前沿科技，「鵲橋相會」「投壺射箭」等民族文化、「清潔能源」「網絡安全」等時事熱點，無不展現出競賽設計者「問學生志趣變方法」的態度。

有挑戰。比賽規則設計還在於對機器人的機械結構、嵌入式系統、傳感器、策略算法等方面技術的引導和突破。好的任務有一定難度和挑戰，備賽周期長，能夠養成學生全情投入、多樣創新、改進迭代的作風，塑造追求極致、永不滿足、突破自我的性格。

有合作。機器人競賽團隊除了有設計、加工、編程、調試等技術分工，還需要有進度、設備、財務等支持性事務，需要組成大團隊。一些比賽還要求有宣傳、贊助、答辯等對外任務，還有在比賽形式上安排和其他參賽隊組成聯隊進行競賽。將「計劃、組織、決策、溝通、表達、包容」這些團隊協作能力，設計在競賽環節中。

有競爭。競爭形式使參賽者學會應對衝突。賽場博弈是綜合較量，比技術、比策略、比心理、比發揮，培養參賽者遇到困難和強手時，能夠迎難而上，敢於拼搏，善於競爭。

有遺憾。競技場上冠軍只有一個，大多數隊伍都要面對失敗。好的比賽崇尚勝利，但更看重精神。比賽中需要不斷傳遞一個價值觀：只有在劣勢、挫折、遺憾中還能夠積極面對、冷靜反思，繼續樂觀前行的人才能成為強者。

有交流。比賽是形式，教育是本質。好的比賽避免功利、倡導成長，設置有培訓、展示、共享、互動、技術開源等交流平臺。

有態度。賽事組織者的態度和初心在於以人才培養為導向，具體表現在：是否具有嚴謹的規則、公正的評判、規範的流程、不被商業裹挾，在規則設計、賽事組織、宣傳展示、交流分享等環節水平不斷提高。

技術孵化：工程師與創業者的搖籃

機器人競賽作為連接教育和產業的橋梁，為智能硬體領域培養了大批卓越工程師和優秀企業家。一項針對全國大學生機器人大賽（CURC）參賽者畢業後創業情況的調研顯示：參賽隊員創立的機器人企業數有160餘家，創業人數600餘人，安置就業人數約16000人。

作為一項有19年歷史的大學生機器人競賽，人才效應已經開始顯現：大疆創新（無人機）、北京極智嘉（物流機器人）、李群自動化（工業機器人）、納恩博（平衡車）、逸動科技（電動船）、深圳朗馳（巡檢機器人）、北京欣奕華（工業機器人）、深圳樂行天下（平衡車）、普渡科技（送餐機器人）、松靈機器人（承載機器人）、因時機器人（直線驅動器）、靈動科技（機器視覺）等一批機器人企業的創始人或CTO，都是出自CURC的參賽隊員，全國大學生機器人大賽也被譽為機器人行業的「黃埔軍校」。

圖5 全國大學生機器人大賽創業企業產品

（圖片來源於北京極智嘉科技）

大疆創新董事長汪滔的導師——香港科技大學教授李澤湘，最先發現了機器人競賽的拔尖人才培養價值。完成一個高難度的競賽和創業過程類似，就是「在資源高度約束、不確定性強情境下針對機會的驗證性、試錯性、創新性的一系列快速行動」。李澤湘認為，學生團隊在一起拼搏、解決問題、深度磨合，可以塑造精神、提高技能、建立信任，訓練出設計、工程、系統方面的思維能力，再走上創業道路，具有更高的成功率。

2014年，李澤湘創立了松山湖機器人產業基地，通過吸引具有機器人競賽背景的年輕人，進行進一步商業訓練、市場拓展、整合供應鏈資源等創業服務，已經成功孵化了90多個智能硬體創新項目或團隊，接近80%的孵化成功率，探索出一條獨具特色的機器人創新創業孵化之路。

面向未來：人才支撐創新驅動發展

2000年，中國科幻作家劉慈欣的短篇小說《流浪地球》刊登在全球發行量最大的科幻雜誌——《科幻世界》。那一年，騰訊QQ註冊用戶突破1000萬人，阿里巴巴剛剛成立1年，任正非對員工發表了一篇著名的講話《華為的冬天》。

2020年，中國發射「天問一號」探測器，現已進入地火轉移軌道，飛向火星。據最新一期《財富》關於世界500強的統計，中國內地及中國香港地區的公司數量達到124家，歷史上第一次超過美國（121家）。其中，10歲的小米再次進入榜單，雷軍說，希望小米成為「工程師嚮往的聖地」。

二十年人間換了一遍，當年看著《變形金剛》動畫片長大的孩子，現如今活躍在機器人科研、教育、產業的各個領域。世界上最大規模的工程師群體，已經成為我們國家創新驅動發展的中堅力量。

教育的本質在於激勵和喚醒，因為好奇和熱愛而被激發出來的潛能和表現，是令人驚嘆的！今天的學生能夠喊出「一次比賽，一生熱愛」，明天的工程師就可以做到「擁抱夢想，創造未來」。

來源：《前沿科學》雜誌2020年第3期 作者：北京科技大學王旭

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原標題：《中國機器人競賽20年：技術、教育與未來工程師》

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