RoboCup: Die richtige Taktik zählt
Das Fußballroboterteam "Austrian Cubes" der FH Technikum Wien und der TU Graz will es den anderen Mannschaften bei der Weltmeisterschaft in Graz richtig zeigen. Mit ihren 15 Zentimetern Größe müssen die Roboter in der Small-Size-Liga (SSL) vor allem mit der richtigen Taktik und dem optimalen Maß an Beschleunigung und Genauigkeit punkten.
Ingesamt acht 15 Zentimeter hohe, runde, schwarze Fußballroboter mit einem Durchmesser von 180 Millimetern und leuchtenden Farbenkreisen auf der Oberseite düsen mit hoher Geschwindigkeit über das 6,05 Meter lange und 4,05 Meter breite Spielfeld, um einem orangefarbenen Golfball nachzujagen. Pro Mannschaft steht auch noch ein Roboter im Tor. Das ist die Aufstellung der Small-Size-Liga, an der beim RoboCup 2009, der Fußballweltmeisterschaft für Roboter, 24 Teams teilnehmen werden.
Kooperation für die Heim-WM
Unter den qualifizierten Teams befinden sich auch die "Austrian Cubes", das einzige österreichische Team dieser Liga. Das Projekt ging aus dem in der Vergangenheit bereits mehrfach erfolgreichen Team "Vienna Cubes" der Fachhochschule Technikum Wien in Kooperation mit der TU Graz hervor.
"Die Kooperation enstand bereits letztes Jahr. Die TU Graz ist vorwiegend für den technisch-elektronischen und mechanischen Teil zuständig, die FH Technikum Wien macht den informatischen Teil. Als 'Vienna Cubes' haben wir noch alles selbst gemacht, doch damit wir noch ein professionelleres Umfeld kriegen, hat sich für die Heim-WM jetzt eine Kooperation angeboten", erzählt Paul Kleinrath, der Teamleiter der "Cubes", gegenüber ORF.at.
Protoyp ist "schneller, stärker und wendiger"
Derzeit wird noch fleißig am Prototyp gearbeitet, der dieses Jahr zum Einsatz kommen soll. Dieser besteht derzeit aus rund 400 Teilen, wobei noch einiges dazukommen wird, da zum Beispiel die Steuerungsplatine noch fehlt. Jedes einzelne Bauteil wurde im Vergleich zu den Vorjahren überprüft und neu gestaltet, alleine ein Rad hat mehrere Nebenräder aus Gummi. "Wir haben bisher eigentlich immer wieder von vorne begonnen und komplett neue Roboter gebaut. Der technische Fortschritt ist so groß, das entwickelt sich rasant. Man schaut sich auch immer die Konkurrenz an, das ist wie in der Formel 1", vergleicht Kleinrath.
Der neue Prototyp sei jetzt "schneller, stärker, leichter und wendiger", so Kleinrath. Konkret wiegt er statt 2,5 nur noch 1,8 kg, und die Schwerpunktshöhe hat sich von 45 auf 33 mm nach unten verlagert. Ein neuer Akku (LiPo 3S mit 11,1 Volt) wird ebenso eingesetzt wie ein anderes Funkmodul (ISM) als bisher.
Mit 14 km/h über das Spielfeld
Auch die Geschwindigkeit wurde von zwölf auf 27 km/h erhöht - was sich doch recht schnell anhört. Doch Kleinrath relativiert: "Man kann den Roboter unendlich schnell machen, die Frage ist immer nur, wie kontrollierbar er bleibt. 27 km/h sind aus mechanischer Sicht sinnvoll." Die tatsächlich auf dem Spielfeld gemessenen Geschwindigkeiten sind geringer, dennoch ist eine beachtliche Steigerung erkennbar. "Früher waren am Spielfeld 7,2 km/h das höchste aller Gefühle, jetzt sind es vielleicht 14 km/h. Wirklich wichtig allerdings ist die Beschleunigung", so Kleinrath.
Der Begriff "Grip" kommt aus dem Rennsport und bezeichnet den Bereich, in dem das Fahrzeug nicht rutscht.
Die maximale Beschleunigung beim neuen Prototyp der "Cubes" liegt bei zwölf m/s² und ist bei den Small-Size-Robotern sehr komplex. Mittels der Querräder ist es möglich, dass sich der Roboter in alle Richtungen, auch um die eigene Achse, dreht. "Bei der Beschleunigung ist es wichtig, ein optimales Maß im Verhältnis zur Genauigkeit finden. Je mehr Querräder man nimmt, desto ruhiger fährt der Roboter, aber desto weniger Grip hat er", erklärt Kleinrath. Auf dem Spielfeld geht es dann rasant zu: Die Roboter drehen sich enorm schnell, und sobald der Ball ins Spiel kommt, ist es für die Zuseher oft schwierig, den Bewegungen zu folgen. Gerade wegen der "Action" auf dem Spielfeld ist diese Liga für die Zuseher aber besonders attraktiv.
"Man muss einfach einen guten Trick haben"
Doch um ein Spiel auch tatsächlich zu gewinnen, müssen nicht nur die Mechanik und die Elektronik zusammenpassen, sondern es zählt auch die richtige Taktik. "In Wahrheit ist das Wichtigste, dass man einen guten Trick haben muss", gibt Kleinrath zu. Bei der Programmierung der Roboter, die auf dem Spielfeld völlig autonom agieren, geht es daher auch darum, möglichst viele Tricks der Gegner zu implementieren. Der Roboter muss beim Spiel praktisch immer im Voraus wissen, was der Gegner vorhat. Dazu wird die Artificial Intelligence (AI), die das Hirn des Roboters ausmacht, eingesetzt. Die "Austrian Cubes" verwenden dafür vor allem neuronale Netze und Potenzialfelder, doch auch evolutionäres Design wird eingesetzt. Die Roboter erlernen etwa das Passen von Bällen durch ständiges Üben. Dabei merken sie sich ihre Fortschritte.
Fortschritte bei der Bilderkennung
Neben dem Roboterhirn, das mit Künstlicher Intelligenz (KI)bestückt ist, spielt auch noch die Bilderkennung des Balles, die "Vision", eine große Rolle in der Small-Size-Liga. Die Roboter selbst haben keine Kameras installiert, die Kamera hängt stattdessen vier Meter über dem Spielfeld an der Decke und ist mit dem Computer, quasi dem "Hirn" der Mannschaft, verknüpft. Um das zu ermöglichen, muss die Bilderkennungssoftware auch das Kamerabild entzerren.
"Das Bilderkennungsprogramm braucht nur noch drei Millisekunden, bis es alle Roboter gefunden hat. Das ist etwa zehnmal so schnell wie zuvor, für uns also ein Riesenfortschritt", freut sich Kleinrath, der hofft, dass ihr Team dieses Jahr unter die besten fünf kommt. Ziel des Teams ist es allerdings, "den Sieg nach Österreich zu holen".
"Man sieht den direkten Erfolg"
Die acht Studenten der Fachhochschule, die bei den "Austrian Cubes" mitwirken, bringen für den Roboterfußball jedenfalls mehr Begeisterung auf als für die heimische Nationalmannschaft. "Ich habe ein großes Interesse an der Entwicklung von Künstlicher Intelligenz, somit ist es für mich ein sehr interessantes Projekt. Es ist auch schön, dass man Roboter hat, die man angreifen kann, und sich nicht alles nur visuell abspielt", so Martin Trapp, Seniorentwickler der KI-Komponenten.
Doch auch die Aussicht auf Erfolg spornt an: "Es ist lustig, sich mit anderen internationalen Teams zu messen und einen direkten Erfolg zu sehen. Es ist sehr real, wenn man ein Tor nicht nur sieht, sondern auch hört oder wenn man durch einen Fehler 1:0 verliert", meint Marko Locher, der für die Entwicklung der Software zuständig ist.
(futurezone/Barbara Wimmer)