Das Forschungsprojekt mit dem Titel „Outplaying Elite Table Tennis Players with an Autonomous Robot“ wurde heute online veröffentlicht und erscheint morgen auf dem Cover der (Print) Nature-Ausgabe Nr. 8110.
Geleitet wurde das Team verteilt auf Tokio und Zürich von Peter Dürr, Projektleiter Ace. Der Sony AI Standort Zürich (Schlieren) gilt als strategischer Knotenpunkt, an dem bestehende Sony-Infrastruktur mit führender Expertise aus den Bereichen künstliche Intelligenz und Robotik zusammenkommt.
Ein Sprung von virtueller zu physischer KI
Seit Jahrzehnten zeigen KI-Systeme „übermenschliche“ Leistungen in digitalen Bereichen – von Brettspielen wie Schach und Go bis hin zu komplexen Videospielen. Die Anwendung von KI in der realen Welt, insbesondere in hochdynamischen Umgebungen, in denen Wahrnehmung, Planung und Steuerung in Millisekunden erfolgen müssen, zählt jedoch weiterhin zu den grössten Herausforderungen des Fachgebiets.
Mit „Ace“ kombinierte Sony AI neuartige Sensortechnologie von Sony, Reinforcement Learning und hochpräzise Hardware, um ein Expert:innenniveau in einer Sportart zu erreichen, die schnelle, präzise und gegnerische Interaktionen in unmittelbarer Nähe zu Hindernissen und an der Grenze menschlicher Reaktionsfähigkeit erfordert.
Aufbauend auf den Forschungserfolgen mit dem KI-Agent „Gran Turismo Sophy“ im virtuellen Hochgeschwindigkeitsbereich, überträgt „Ace“ diese Fortschritte nun in reale Umgebungen und untersucht, wie Roboter mit hoher Geschwindigkeit und Präzision wahrnehmen, planen und handeln können.
Die Bedeutung dieses Forschungsprojekts geht über den Sport hinaus: Durch die Lösung eines Problems, das aussergewöhnliche Wahrnehmung und Steuerung in Echtzeit erfordert, schafft sie die Grundlage für KI-Systeme, die sicher und zuverlässig in dynamischen physischen Umgebungen arbeiten können – von sicherheitskritischen Anwendungen bis hin zu interaktiven Real-Time-Szenarien.
„Diese Forschungsergebnisse zeigen, dass ein autonomer Roboter tatsächlich in einer kompetitiven Sportart gewinnen kann und dabei Reaktionszeit und Entscheidungsfindung von Menschen im physischen Raum erreicht oder übertrifft“, sagte Peter Dürr, Director von Sony AI in Zürich und Projektleiter von „Ace“. „Tischtennis ist ein extrem komplexes Spiel, das Entscheidungen in Sekundenbruchteilen sowie Geschwindigkeit und Kraft erfordert. Dieser Durchbruch unterstreicht das Potenzial physischer KI-Agents für interaktive Echtzeitanwendungen und ist ein bedeutender Schritt hin zu Robotern mit breiteren Einsatzmöglichkeiten.“
Dies markiert das erste Mal, dass ein Roboter in einer weit verbreiteten kompetitiven Sportart in der physischen Welt ein menschliches Expert:innenniveau erreicht – ein lang angestrebter Meilenstein in der KI- und Robotikforschung.
Die Grenzen der Mensch-Roboter-Interaktion verschoben
Tischtennis gehört zu den anspruchsvollsten Tests für Robotik in der realen Welt: Es erfordert schnelle Entscheidungen, präzise Bewegungen und kontinuierliche Anpassung an unvorhersehbaren Gegner:innen. Geschwindigkeit und komplexe Flugbahnen des Balls – insbesondere der oft vernachlässigte Spin – sind entscheidend für das Spiel.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde „Ace“ mit drei zentralen Komponenten entwickelt:
- Ein Hochgeschwindigkeits-Wahrnehmungssystem aus neun APS-Kameras mit „IMX273“-Sensoren zur präzisen 3D-Positionsbestimmung des Balls sowie drei Blicksteuerungssystemen (GCS) mit eventbasierten Kameras („IMX636“) und beweglichen Spiegeln zur Messung von Winkelgeschwindigkeit und Spin in Echtzeit
- Ein neuartiges Steuerungssystem auf Basis modellfreien Reinforcement Learnings, das schnelle Anpassung und Entscheidungsfindung ohne vorprogrammierte Modelle ermöglicht
- Moderne Hochgeschwindigkeits-Roboterhardware für präzise und agile Bewegungen
Leistung besser als menschliche Reaktionsfähigkeit
Für die in Nature veröffentlichten Ergebnisse trat „Ace“ unter den Regeln des International Table Tennis Federation (ITTF) gegen fünf Elite- und zwei Profispieler:innen an.
Die zentralen Ergebnisse:
- Drei Siege in fünf Spielen gegen Elite-Spieler:innen sowie konkurrenzfähige Leistungen in den übrigen Matches
- Über 75 % Rückschlagquote bei Spins bis zu 450 rad/s (Umdrehungen pro Sekunde) – deutlich besser als bisherige Tischtennis-Roboter
- 16 direkte Punkte („Asse“) durch Aufschläge, während die Elite-Spieler:innen insgesamt nur acht erzielten
- Schnelle Reaktion auf ungewöhnliche Spielsituationen, z. B. Netzroller
Diese Resultate zeigen erstmals, dass physische KI-Agents menschliche Expert:innen in interaktiven Echtzeitaufgaben übertreffen können. Frühere Tischtennis-Roboter waren meist auf kooperative Ballwechsel beschränkt und erreichten kein wettkampftaugliches Niveau.
Weitere Fortschritte nach der Veröffentlichung
Nach Einreichung der Studie spielte das Team im Dezember 2025 weitere Matches gegen vier neue Gegner:innen (zwei Profis, zwei Elite-Spieler:innen). Dabei besiegte „Ace“ beide Elite-Spieler:innen und einen Profi, verlor jedoch gegen den zweiten Profi.
Im Vergleich zu früheren Tests zeigte „Ace“:
- Höhere Schlaggeschwindigkeiten
- Aggressivere Platzierungen nahe der Tischkante
- Schnellere Ballwechsel
„Dieser Durchbruch geht weit über Tischtennis hinaus“, sagte Peter Stone, Chief Scientist bei Sony AI. „Er zeigt erstmals, dass ein KI-System in komplexen, sich schnell verändernden realen Umgebungen präzise und schnell wahrnehmen, entscheiden und handeln kann. Damit eröffnet sich eine völlig neue Klasse realer Anwendungen, die bisher unerreichbar waren.“