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Starkicker mit Mikrochips

Roboterfußball wird menschlichem Fußball immer ähnlicher. Nun trainiert auch an der Technischen Universität Wiens erstes humanoides Roboter-Team.

Kick it like Beckham

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Auf dem Weg zum 1:0

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DI(FH) Dietmar Schreiner (l.) und DI Markus Bader

DI(FH) Dietmar Schreiner (l.) und DI Markus Bader

DI(FH) Dietmar Schreiner (l.) und DI Markus Bader

DI(FH) Dietmar Schreiner (l.) und DI Markus Bader

Anpfiff. Die Spieler blicken sich sorgfältig um und setzen sich dann Richtung Ball in Bewegung – Schritt für Schritt, etwas wackelig, aber zielstrebig. An der Technischen Universität (TU) Wien trainiert seit kurzem Wiens erstes humanoides Roboterfußballteam, die „Austrian-Kangaroos“. Bereits im Juni wird sich die neue Mannschaft beim RoboCup, der Roboterfußball-Weltmeisterschaft, mit den besten Teams der Welt messen.

Roboterfußballspiele an der TU Wien kannte man bisher als Matches zwischen kleinen, würfelförmigen Robotern auf Rädern, die mit hoher Geschwindigkeit und Präzision einen Golfball Richtung Tor schossen. Doch von Jahr zu Jahr wird Roboterfußball technisch raffinierter, die Roboter werden immer  menschenähnlicher. Ein ganz neues Team wird heuer bei der RoboCup WM in der „Standard Platform League“ antreten. In dieser Liga müssen die Roboter auf zwei Beinen gehen, den Ball selbstständig erkennen und über Spielzüge nachdenken können.

Die Leiter des neuen Wiener Roboterfußballteams sind Markus Bader (TU, Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik), Dietmar Schreiner  (TU, Institut für Computersprachen), sowie Alexander Hofmann (Technikum Wien). Derzeit arbeiten die drei Cheftrainer und ihre StudentInnen unter Hochdruck daran, die Roboter bis zur WM im Juni sowohl technisch als auch wissenschaftlich an die Weltspitze heranzuführen.

Roboter erkennen eigenständig, wo der Ball ist, wo Gegner stehen

Beim Wettbewerb haben alle Mannschaften dasselbe Roboter-Modell zur Verfügung. Die internationale oboCup-Federation hat sich dabei für den „NAO“ entschieden – die NAOs sind viereinhalb Kilo schwere Winzlinge aus Frankreich. „Die große Kunst liegt nun darin, für unsere NAOs die passenden Computerprogramme zu schreiben, sodass sie ganz alleine, ohne Eingriff von außen Fußball spielen können“, erklärt Markus Bader. Allein schon die Aufgabe, den Robotern das Gehen und Gleichgewichthalten beizubringen ist eine große Herausforderung. Außerdem müssen die Roboter ihre Umwelt richtig wahrnehmen und interpretieren: Zwei Kameras im Kopf liefern Bilder, die blitzschnell analysiert werden müssen. Ganz alleine sollen die Roboter erkennen wo der Ball ist, wo Gegner stehen, wo sie sich hinbewegen sollen. Und das genügt noch nicht: Wer ein richtig erfolgreicher Roboterfußball-Star werden möchte, braucht zusätzlich noch die Fähigkeit, sich erfolgreich mit den Teamkollegen zu koordinieren. Ein zentraler Steuerungscomputer ist verboten. Die Roboter müssen es ganz alleine schaffen, nicht einfach alle auf den Ball zuzulaufen, sondern gemeinsam eine Teamstrategie zu verfolgen. So wie menschliche Spieler sich auf dem Fußballplatz Kommandos zurufen können, übermitteln sich die Fußballroboter per WLAN gegenseitig Signale und entscheiden dann mithilfe ihrer eigenständigen künstlichen Intelligenz, welches Verhalten am ehesten Erfolg verspricht. „Die Roboter müssen sogar während des Spieles durch Beobachtung lernen. Verhaltensmuster der Gegner sollen erkannt und das eigene Verhalten daran angepasst werden.“, erklärt Dietmar Schreiner. Für die kleinen NAO-Roboter, deren Rechenleistung mit der eines Netbooks vergleichbar ist, und deren gesamte Denkleistung auf einem 1GB-USB-Stick Platz finden muss, ist das eine große Herausforderung. Einige Tricks hat man dabei von lebenden Organismen kopiert, verraten die Wissenschafter: „Wir versuchen Konzepte aus der Natur, etwa das Verhalten von Insekten und Kleinstorganismen, aber auch Räuber-Beute-Strategien oder Schwarmverhalten auf unsere Roboter zu übertragen. Dieser Ansatz ist bisher im Roboterfußball noch nicht auf Wettkampfniveau angewandt worden.“

Auf der Trainerbank

Auch wenn man den Technikern des Austrian-Kangaroos-Fußballteams ihre Begeisterung deutlich anmerkt und alle Beteiligten viel Freizeit für ihr Robo-Fußballprojekt opfern: Roboterfußball ist viel mehr als ein spielerischer Zeitvertreib für TechnikerInnen. WissenschafterInnen auf der ganzen Welt haben erkannt, dass sich Roboterfußball ausgezeichnet als Testumfeld für interdisziplinäre Forschung eignet. Anders als etwa das Schachspiel, das nur logisch-analytische Problemlösungskompetenz erfordert, verlangt Roboterfußball effiziente Lösungen in vielen verschiedenen Bereichen. Optimierte Bilderkennungsverfahren und lernfähige teamorientierte künstliche Intelligenz sind genauso entscheidend wie eine Bewegungssteuerung in Echtzeit durch blitzschnell arbeitende Computerprogramme.

Viele der durch Roboterfußball gewonnenen Erkenntnisse lassen sich für Robotik-Anwendungen in der Industrie nützen. Zielstrebig und schnell Bewegungen auszuführen und sich dabei flexibel an die Umgebung anzupassen kann für Industrieroboter genauso wichtig sein wie für einen RoboCup-Kicker. Auch die Fähigkeit, Objekte automatisch zu erkennen und ihnen auszuweichen spielt nicht nur im Fußball eine Rolle. Die Computerprogramme, die fürs Roboterfußball entwickelt werden, könnten schon bald in Maschinen verwendet werden, die in Fabriken selbstständig umherfahren und arbeiten, ohne Menschen zu gefährden. Eine Bedrohung für Menschen könnten Roboter allenfalls am Fußballplatz werden: Bis ins Jahr 2050 will die RoboCup-Federation mit ihrem besten Team den amtierenden menschlichen Fußball-Weltmeister besiegen.

Engagierte, kreative StudentInnen unterschiedlicher Studienrichtungen, die bei den „Austrian-Kangaroos“ mithelfen wollen, sind immer willkommen. Zu tun gibt es genug: Projekt- oder Diplomarbeitsthemen im Zusammenhang mit Roboterfußball lassen sich bestimmt noch finden, versichern Markus Bader und Dietmar Schreiner.

Fotodownload: https://www.tuwien.ac.at/index.php?id=8510

Webtipp: http://austrian-kangaroos.at

Rückfragehinweis:
Technische Universität Wien
E185 - Institut für Computersprachen
DI(FH) Dietmar Schreiner
T +43-1-58801x18524
dietmar.schreiner@austrian-kangaroos.com

Technische Universität Wien
E376 - Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik
DI Markus Bader
T +43-1-58801x37664
markus.bader@austrian-kangaroos.com

Aussendung:
TU Wien - PR und Kommunikation
DI Florian Aigner
Operngasse 11/E011, A-1040 Wien
M +43-650 5256414
E pr@tuwien.ac.at
http://www.tuwien.ac.at/pr