Roboter

Robbi, Tobbi & sein RoboCup

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Leute, so langsam kann man schon mal das Bier kalt stellen und die Chips einkaufen: 2050 wird ein Fussballspiel stattfinden, bei dem der dann amtierenden Weltmeister ordentlich eins auf die Mütze kriegen soll. Und zwar von einem Haufen Blech mit Drähten! Die Roboter-Fußball-Weltmeisterschaft „RoboCup“ preist das zumindest selbstbewusst an. Noch scheint das Ziel in weiter Ferne, die Robbis, die 2016 in Leipzig bei der WM gegeneinander antreten sind hier und da noch ein wenig unbeholfen. Dafür niedlicher als Thomas Müller. Und wer weiß? Eigenständig sind sie schon, wie unser Science Clip noch mal deutlich unterstreicht. Hm, hab gerade noch mal nachgedacht. Bier wird wohl 2050 selbstkühlend sein, braucht man vielleicht doch noch nicht kalt stellen. Und die Chips werden einem wohl auf Knopfdruck gebracht … von einem Roboter.

Bild von Dr. Tim Laue

Dr. Tim Laue

Dr.-Ing. Tim Laue arbeitet als Wissenschaftler in der Arbeitsgruppe „Multisensorische Interaktive Systeme“ im Fachbereich Mathematik / Informatik der Universität Bremen.

Sein Forschungsschwerpunkt sind autonome, mobile Roboter, vornehmlich solche, die sich sportlich betätigen, um die Entwicklung und Evaluation neuer Echtzeit-Algorithmen in einem dynamischen Umfeld zu ermöglichen.

Seit 2002 nimmt Tim Laue jährlich am RoboCup, der Weltmeisterschaft im Roboterfußball, und verwandten Wettbewerben teil. Als einer der Leiter seines aktuellen Teams „B-Human“ hat er seit 2009 fünf Weltmeistertitel, sieben Siege bei deutschen Meisterschaften sowie den Titel des Europameisters nach Bremen geholt.

Fußball spielende Roboter

Der RoboCup

Autonome Roboter spielen miteinander und gegeneinander Fußball. Im Jahr 1997 in Japan erstmals ausgetragen, findet jährlich der RoboCup, die Weltmeisterschaft im Roboterfußball, statt. Teilnehmer sind Studierende und Wissenschaftler von Universitäten aus der ganzen Welt. Ziel des RoboCups ist die Förderung der Forschung in den Bereichen Künstliche Intelligenz und Robotik. Dazu stellt er einheitliche Umgebungen bereit, in denen sich Roboter und Algorithmen messen können.

Dazu existieren mehrere Ligen mit unterschiedlichen Schwerpunkten. So spielen z.B. in der Small Size League kleine, schnelle Roboter auf Rädern taktisch anspruchsvolle Spielzüge und analysieren gleichzeitig die Strategie und Fähigkeiten der Gegner. Auf der anderen Seite treffen in der Humanoid Adult-Size League große, menschenähnlichen Roboter im 1-gegen-1 aufeinander. Die Forschungsschwerpunkte hier sind die Konstruktion der Roboter selbst sowie die Entwicklung eines stabilen Gangs.

Im Laufe der Jahre wurden auch Wettbewerbe für Schüler sowie für Haushaltsroboter, Rettungsroboter und Industrieroboter hinzugefügt. Insgesamt verzeichnete der RoboCup eine steigende Popularität, so kamen zum RoboCup 2016 in Leipzig 3500 Teilnehmer.

Das Team B-Human in der Standard Platform League

Eine der RoboCup-Fußballligen ist die Standard Platform League (SPL). Es spielen Teams zu je fünf, circa 60 cm großen humanoiden Robotern auf einem 60 Quadratmeter großen Feld gegeneinander. Die Besonderheit dieses Wettbewerbs liegt darin, dass mit einem standardisierten Roboter, dem NAO von Softbanks Robotics gespielt wird. Es handelt sich somit um einen Wettkampf der Algorithmen, der auf echten Robotern ausgetragen wird.
In dieser Liga tritt seit 2009 das Bremer Team B-Human mit außerordentlichem Erfolg an. Die Studierenden und Wissenschaftler errangen fünf Weltmeistertitel, einen Europameistertitel sowie sieben Siege bei den deutschen Meisterschaften!

Da die Roboter nicht modifiziert werden dürften, konzentriert sich sämtliche Arbeit auf die Entwicklung möglichst effizienter und präziser Algorithmen. Die Roboter haben während des Spiels keinerlei Verbindung mehr zu ihren Programmierern. Daher müssen sie, basierend auf ihren Sensordaten – der NAO ist mit zwei Kameras und vielen weiteren Sensoren bestückt – sämtliche Bewegungen und Spielzüge selbst berechnen. Dies muss möglichst schnell passieren, um mit dem Spielgeschehen mithalten zu können.
Besonders wichtige Forschungsgebiete sind dabei Bildverarbeitung, Lokalisierung und Tracking, kooperative Entscheidungsfindung sowie die Bewegungsplanung.
Der NAO nimmt 60 Bilder pro Sekunde auf, die von der Software nach dem Ball, den Feldelementen sowie den anderen Roboter durchsucht werden. Hier ist zumeist die Geschwindigkeit der Algorithmen entscheidend, aber mitunter auch die Flexibilität:
Im Jahr 2016 fand erstmals ein Outdoor-Wettbewerb statt, bei dem die Roboter unter einem Glasdach bei ständig wechselnden Lichtbedingungen spielen mussten. Basierend auf allen Wahrnehmungen führt jeder Roboter ein Modell seiner Umgebung fort, welches die Orte und Geschwindigkeiten aller Objekte schätzt. Dabei müssen Messfehler und falsche Wahrnehmungen kompensiert werden. Da die Roboter untereinander per Funk kommunizieren, bauen sie zusätzlich ein gemeinsames Modell der Welt auf. Über diese Kommunikation wird zudem ausgehandelt, welcher Roboter in der aktuellen Situation welche Aufgabe – beispielsweise den Ball schießen oder verteidigen – ausführen soll. Zu guter Letzt ist eine der schwierigsten Aufgaben zu bewältigen: Die Berechnung möglichst schneller und zugleich stabiler Bewegungen, welche zudem in der Lage sind, Stöße und Unebenheiten im Boden zu kompensieren.

Die Vision der RoboCup-Initiative ist es, im Jahr 2050 gegen den dann amtierenden Weltmeister im menschlichen Fußball zu gewinnen. Trotz der bisher erreichten, großen Fortschritte – die Regeln werden jährlich immer weiter an die der Menschen angepasst – bleibt bis dahin noch viel zu tun!

Fachbereich 3 - Informatik

Multi-Sensor Interactive Systems Group
Faculty 3 – Mathematics and Computer Science
University of Bremen

Cartesium 0.53
Enrique-Schmidt-Str. 5
28359 Bremen

www.informatik.uni-bremen.de/

Dr. Tim Laue
E-mail: tlaue[at]uni-bremen.de
Telephone: +49 (421) 218-64209
Telefax : +49 (421) 218-9864209