Robo-Kicker mit Selbstbewusstsein
Roboter-Fußball verlangt Mensch und Maschine Höchstleistungen ab. Auf einem Workshop am Technikum Wien stellten Freunde gediegener Robotik ihre neuesten Projekte vor. Die Spielstärke der Roboter steigt, die Wettkämpfe werden härter.
Österreichischer Fußball gehört zur Weltspitze - solange er nicht von Menschen gespielt wird. Auf dem zweiten österreichischen RoboCup-Workshop, zu dem die Fachhochschule Technikum Wien am Mittwoch geladen hatte, zeigten die heimischen Teams ihre neuesten Entwicklungen und Pläne.
Der RoboCup
Seit 1997 spielen Teams aus aller Welt um den RoboCup, um die Leistungsfähigkeit ihrer Soft- und Hardware zu demonstrieren. Das Fußballspielen verlangt den Systemen einiges ab: Schnelle Auffassungsgabe ist ebenso gefragt wie Planung und Fähigkeit zum Team-Play.
Parallel zu den Weltmeisterschaften finden wissenschaftliche Konferenzen statt, in denen Experten über ihre Forschungsergebnisse in Sachen Robotik und Künstliche Intelligenz debattieren.
Weltmeister 2050
Zu Beginn der Veranstaltung gab der deutsche Informatiker und RoboCup-Veteran Gerhard Kraetzschmar einen kompakten Überblick über die Geschichte des Wettbewerbs.
Kraetzschmar zeigte Videos von den Wettbewerben 2001 und stellte sie Clips von aktuellen RoboCup-Spielen gegenüber. Irrten die Bots bei den Games vor sechs Jahren noch recht ziellos übers Spielfeld, macht es heute auch dem Laien Spaß, den Kickern beim Stürmen zuzusehen.
Große Fortschritte habe es, so Kraetzschmar, vor allem in der Robustheit der Maschinen und bei der Kalibrierung gegeben. Vor nicht allzu langer Zeit habe die Beleuchtung in den RoboCup-Hallen noch keinen Schwankungen unterworfen sein dürfen, weil die Sensoren der Roboter sonst den Ball nicht mehr erkennen konnten. Das sei heute Geschichte. Auch könnten die Teams heute in der Regel mit allen Robotern antreten, es gebe viel weniger Ausfälle als früher.
Defizite in der KI
Kraetzschmar ortete aber auch noch viele Defizite. So habe es gerade auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz noch wenig Fortschritte gegeben. Die Maschinen könnten noch nicht gut genug lernen und sich von selbst auf neue Situationen einstellen. Als Entscheidend für die weitere Entwicklung bezeichnete Kraetzschmar den Plan, den Robotern eine Art Körpergefühl zu vermitteln, ihnen etwa eine künstliche Haut überzuziehen. "Artificial Skin ist ein hochbrisantes Thema", sagte Kraetzschmar. "Die Roboter sollen sich zwischen Ball und Gegner bringen können."
Die zentrale Frage sei aber, ob man das von den Initiatoren des RoboCups gestellte Ziel erreichen könne, bis 2050 mit humanoiden Robotern gegen die menschliche Fußball-Weltmeistermannschaft gewinnen zu können. "Wenn es uns gelingt, bis 2040 einen Roboter zu bauen, der alle Eigenschaften eines achtjährigen Jungen mitbringt, der zum ersten Mal zum Fußballtraining antritt, dann werden wir es bis 2050 schaffen, die Weltmeister-Mannschaft zu schlagen", so Kraetzschmars Fazit.
Die Zukunft: Kampf der Nano-Bots
Nicht bei allen RoboCup-Wettbewerben geht es um Fußball. Neben den Ligen, in denen echte oder virtuelle Roboter jeweils gegeneinander antreten, gibt es auch Wettbewerbe für Service-Bots und Rettungsmaschinen.
Junge Roboterkonstrukteure messen sich in der Kategorie "Junior", wo sie ihre Fähigkeiten in den Disziplinen Fußball, Rettung und Formationstanz zeigen können.
Gerhard Kraetzschmar berichtete auch von Plänen, eine Liga für Nano-Bots aufzustellen, die ihre Spiele dann auf einem Mikrochip gegeneinander austragen würden.
Roboter mit integriertem Selbstbild
Gerald Steinbauer von der TU Graz, der mit seinen Studenten und dem Roboterteam Mostly Harmless auf keiner wichtigen RoboCup-Konkurrenz fehlt, stimmte mit Kraetzschmar darin überein, dass die Roboter mehr Selbstbewusstsein brauchen, wenn sie jemals gegen Menschen Fußball spielen wollen.
"Wir brauchen eine modellbasierte Diagnose", sagte Steinbauer. "Wenn ein Motor ausfällt, soll der Roboter erkennen können, dass da was nicht stimmt, und den Fehler unter Umständen selbst korrigieren können." Das wiederum würde nur dann funktionieren, wenn die Roboter ein Modell von sich selbst eingespeichert hätten, mit dem sie den Soll- gegen den Istzustand abgleichen könnten.
RoboCup soll nicht zur Show verkommen
In der Midsize-Liga, in der die Roboter von Mostly Harmless spielen, würden die Anforderungen an die Roboter ständig steigen. Die Spielfelder und Teams würden größer werden und man würde schon bald dazu übergehen, auch bei Tageslicht außerhalb von Hallen zu spielen.
Steinbauer sieht aber auch die Gefahr, dass die Spiele zur Massenbelustigung verkommen, gerade weil sie mittlerweile schön anzusehen sind. "Wir brauchen wieder mehr Forschung statt Show", mahnte er.
Standardisierte Hardware-Plattform
Sowohl Kraetzschmar als auch Steinbauer vertraten die Ansicht, dass die am RoboCup teilnehmenden Systeme aus der Bastelphase entwachsen sind und angesichts der steigenden Kosten neue Lösungen gefunden werden müssten. So könnten sich Roboter verschiedener Universitäten zu gemischten Teams zusammenfinden. Dies sei allerdings noch schwierig, weil die Kommunikationsprotokolle der Mannschaften nicht untereinander kompatibel seien. "Es gibt nirgends so viele proprietäre Protokolle wie beim RoboCup", beklagte sich Kraetzschmar.
Steinbauer fand es bedauerlich, dass sich die Bauweise der voll autonomen Middle-Size-Bots einander allmählich angeglichen habe. "Es verliert an Charme, wenn die alle gleich aussehen", sagte er. Kraetzschmar sah genau diesen Prozess der Angleichung aber auch als Chance. "Standardisierte Plattformen sind als Thema hochaktuell", sagte er und wies darauf hin, dass es auch Vorteile habe, wenn nicht jedes Team seinen Bot von Grund auf selbst entwickeln müsse. Teams, die in der Softwareentwicklung stark seien, könnten sich so einfach einer Hardwareplattform bedienen und könnten so Kosten sparen.
Gerald Steinbauer von der TU Graz mit einem Mitglied seiner Midsize-Mannschaft Mostly Harmless. Die kegelförmige Bauweise mit omnidirektionaler Kamera an der Spitze ist mittlerweile Standard in dieser Klasse. Die Roboter-Hardware kostet um die 10.000 Euro, Arbeitszeit nicht inbegriffen.
Virtuelle Ligen
Visuell eher unspektakulär, aber wissenschaftlich nicht weniger anspruchsvoll als die Spiele der Roboter-Kicker sind die Kämpfe in den Simulationsligen.
Das Studentenprojekt KickOffTUG von der TU Graz bereitet sich derzeit auf die Spiele vor, die vom 1. bis zum 10. Juli in Atlanta stattfinden werden. Stefan Gspandl, Sprecher der Grazer Gruppe, referierte über die Wettkämpfe in der 2-D-Liga und über das autonome Agentensystem seines Projekts.
Mit den bekannten Konsolen-Games haben die RoboCup-Simulationsligen nicht viel gemeinsam. Die Basis-Software der Fußball-Agenten kann auch zum Betrieb echter Roboter genutzt werden. Besonderen Wert legen die Programmierer von KickOffTUG auf schnelle Entscheidungsfindung. Im 100-Millisekunden-Takt müssen die virtuellen Spieler die für ihr Team bestmögliche Position einnehmen und Entscheidungen treffen. Die Entscheidungsfindungs-Engine programmieren die Grazer in Prolog.
RoboCup macht 3-D-Bots Beine
Michael Zambiasi, der das 2006 gegründete Team NP Solvers des Technikums Wien vertrat, vermittelte erste Eindrücke der neuen Wettbewerbsplattform der 3-D-Liga. Dort wird nämlich demnächst nicht mehr nur mit kugelförmigen Agenten gegeneinander gespielt, sondern mit virtuellen Humanoiden, bei denen es jeden Körperteil einzeln anzusteuern gilt, und auch für Balance gesorgt werden muss - ganz wie bei echten humanoiden Robotern.
Der so genannte "Legged-Server" sei aber bisher kaum dokumentiert und es fehle noch eine Referenzimplementation der Fußballer-Agenten, so Zambiasi.
Workshop-Gastgeber Alexander Hofmann, Mastermind der "Small Size"-Mannschaft Vienna Cubes, mit einem seiner Bots.
Service perfekt
Petra Korica-Pehserl und Joachim Pehserl, Studenten an der TU Graz, präsentierten ihren Service-Roboter FLEA, der beim letzten RoboCup-Wettbewerb in Hannover Vize-Europameister wurde. Das Programm im Service-Wettbewerb ist anspruchsvoll. Der Roboter muss unter anderem in einer realistischen Wohnumgebung versteckte Gegenstände finden, Personen wieder erkennen, sowie Sprache und Gesten erkennen können.
Das FLEA-Team, das seinem Bot auch einen humanoiden Kopf mit rudimentärer Mimik verpasst hat, träumt unterdessen davon, seinem Roboter ein wirklich menschenähnliches Gesicht aus dem Spezialkunststoff Frubber zu verpassen. Der im Labor des US-Herstellers Hanson Robotics entwickelte hautähnliche Stoff sei aber teuer und in Europa noch nicht erhältlich, so Pehserl.
Humanoider Dribbler
"Meine Studenten wollten am RoboCup teilnehmen", erinnert sich Wolfgang Werth, Systemingenieur an der FH Technikum Kärnten. In gut zwei Jahren bauten er und sein Team einen beeindruckenden zweibeinigen Roboter, die Humanoid Walking Machine, der sich zwar noch eher langsam fortbewegt, aber doch schon die Zukunft des Roboterfußballs ahnen lässt.
Der Roboter der Klagenfurter läuft zwei Stunden lang mit Lithium-Ionen-Akkus, ist sehr robust und bewährt sich beim Dribbeln und beim Elfmeterschießen. Die Kärntner haben keine bereits existierende Roboter-Plattform benutzt, sondern alles von Grund auf selbst entworfen. Nur beim Bau des Basisgerüsts aus Metall half eine Turiner Partneruniversität.
Robo-Kicker der Vienna Cubes mit geschlossenem Gehäuse. Die Farbmarkierungen an der Oberseite dienen dem System dazu, Position und Orientierung des Bots auf dem Spielfeld zu registrieren. In der "Small Size"-Liga, in der die Cubes antreten, werden die Bots von einem externen Computer am Rande des Spielfelds ferngesteuert.
==Rettende Roboter==
Alexander Kleiner von der Universität Freiburg im Breisgau, Deutschland, berichtete kurz von den neuesten Entwicklungen in der Rescue League, die von der japanischen Regierung ins Leben gerufen worden war.
In der Rescue League sollen Roboter gemeinsam mit Menschen Räume erkunden, Karten zeichnen und im GeoTIFF-Format übermitteln und natürlich mit Wärmekameras und anderen Sensoren menschliche Opfer aufspüren können.
Die Rescue League gibt es auch in einer virtuellen Form, in der Roboterschwärme von einem Operator in speziellen Unreal-Tournament-Maps bewegt werden. Auch Massensimulationen von ganzen Städten und automatisierten Polizei-, Rettungsdienst- und Feuerwehreinheiten finden in der Rescue-Liga statt.
Außer Konkurrenz: Roland Stelzer von innoc.at mit dem autonom navigierenden Modellsegelboot Roboat.
==Segelnde Bots==
Auch vor Ort war ein Team von der Österreichischen Gesellschaft für innovative Computerwissenschaften, das den Fachkollegen ihr autonomen Segelschiff-Modells Roboat vorstellte. "Bis 2010 wollen wir mit einem Segelroboter den Atlantik überqueren", sagt Projektleiter Roland Stelzer. Noch im Juli soll ein vier Meter langes neues Roboat vom Stapel laufen.
RoboCup in der Lehre
Alle Vortragenden hoben hervor, wie wichtig die RoboCup-Projekte in der Ausbildung sind. Die Studenten, so die einhellige Meinung, könnten dabei echte technische Probleme lösen und daran wachsen. In den meisten Fällen waren es auch die Studierenden, die den Anschub für die RoboCup-Projekte an ihren Universitäten gaben.
Lisa Zimmermann von der FH Graz und Leiterin des Roberta-Regio-Zentrums in der steirischen Hauptstadt, führt mit Lego-Mindstorm-Robotern Mädchen und junge Frauen im Alter von 12 bis 16 Jahren an das Thema Technik heran. Das funktioniert so gut, dass sie beabsichtigt, bis 2008 zwei ausschließlich weibliche Teams in der Junior-Disziplin RoboDance antreten zu lassen.
"Wenn bis 2020 50 Prozent Technikerinnen am RoboCup teilnehmen, werden wir es sicher schaffen, bis 2050 den Fußball-Weltmeister schlagen zu können", gab Lisa Zimmermann zu Protokoll, "Frauen haben andere Denkansätze als Männer."
RoboCup in der Schule
Auch Klaus Gruber von der HTBLA Weiz arbeitet mit 15- und 16-jährigen Schülern in der Freizeit an einem Lego-Bot, der in der Kategorie Junior Rescue bereits beim Wettbewerb in Hannover teilgenommen hat. Das große Abenteuer für die Gruppe wird der RoboCup in Atlanta, wo die jungen Steirer mit ihrer Maschine einen Preis holen wollen.
(futurezone | Günter Hack)