Wie trainieren Roboter für eine Fußball-Weltmeisterschaft?

Im Juli findet in Japan die RoboCup-WM statt. Dafür qualifiziert hat sich auch das Team Luxembourg United der Uni, bestehend aus 8 humanoiden NAO-Robotern.

Der Torwart, mit dem sich die luxemburgische Fußballmannschaft für die kommende Weltmeisterschaft qualifizieren konnte, hat sich so sehr ins Zeug gelegt, dass er bei einem seiner Sprünge den Kopf verlor. Der brach ihm einfach so ab. Das klingt hart, ist aber die Wahrheit. Wobei der Vollständigkeit halber erwähnt werden sollte, dass es nicht die luxemburgische Nationalmannschaft war, deren Keeper den Kopf verloren hat, sondern das Team Luxembourg United. Und wer dort mitspielt, ist nicht nachtragend, wenn so etwas passiert. Denn die Spieler sind alle Roboter.

Hinter dem Team, das aus acht humanoiden NAO-Robotern (vier Feldspieler, ein Torwart und drei Ersatzspieler) besteht und erst Anfang 2016 gegründet wurde, steht das junge Forschungsteam des Social Robots Lab, das von Dr. Patrice Caire geleitet wird. Die Computerwissenschaftlerin der Universität Luxemburg ist Expertin auf dem Gebiet der Artificial Intelligence (AI) und möchte mit der Gründung des Fußball-Teams neue Studenten für das Forschungsgebiet gewinnen.

Darüber hinaus verfolgen die Teilnehmer des RoboCups, der in diesem Jahr im japanischen Nagoya veranstaltet wird, ein sehr ehrgeiziges Ziel. Nämlich die gemeinsame Entwicklung eines Roboter-Fußballteams bis zum Jahr 2050, das in der Lage sein soll, den dann amtierenden (menschlichen) Weltmeister zu schlagen.

Zunächst aber konzentrieren sich die Teams auf den Weltcup im Japan. Und Dr. Patrice Caire hofft, dass ihr Team dabei sein wird. Zwar hat sich die Mannschaft als eine von insgesamt weltweit 30 Teams für die Meisterschaft qualifiziert, doch steht das Team Luxembourg United derzeit noch auf der Warteliste. Denn am Cup teilnehmen können nur 24 Teams. Weil aber immer wieder Mannschaften abspringen, ist Caire zuversichtlich, es ins Teilnehmerfeld zu schaffen. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die junge Mannschaft aus Luxemburg bis Ende März noch Sponsoren findet. Bis dann nämlich müssen die Teams angemeldet sein.

Patrice Caire, wie bereiten sich die Roboter auf eine Weltmeisterschaft vor?

Wir arbeiten auf Hochtouren an den Vorbereitungen. Und das nicht nur für die Weltmeisterschaft in Japan, sondern auch für die Teilnahme am RoboCup German Open in Magdeburg. Zudem sind wir mit unserer Mannschaft auch am 22. März bei beim Springbreak Luxembourg dabei. Zu den größten Herausforderungen, mit denen wir uns derzeit intensiv befassen, zählt dabei, dass die Roboter denn Ball richtig erkennen.

Die Teilnehmer des RoboCup haben im vergangenen Jahr noch mit einem roten Ball gespielt und spielen jetzt mit einem richtigen Fußball. Ist das schwieriger?

Auf jeden Fall. Die „Augen“ der Roboter sind nicht so gut wie die von Menschen. Den roten Ball haben sie besser erfassen können, weil er sich optisch vom grünen Spielfeld und den grauen Robotern abhebt. Mit einem schwarz-weißen Ball ist das viel schwieriger. Damit sie ihn besser erkennen können, arbeiten wir an den Algorithmen.

Um das für 2050 gesteckte Ziel zu erreichen, nähern wir uns alle schrittweise den realen Bedingungen an. Es wird also von Jahr zu Jahr anspruchsvoller. Im vergangenen Jahr zum Beispiel wurde vom grünen Filzrasen auf Kunstrasen gewechselt. Und auf dem acht Millimeter hohen Kunstrasen hat der Roboter keinen so guten Halt wie auf dem Hallenboden. Da wir aber bereits einen sehr guten Algorithmus dafür entwickelt hatten, kamen wir mit dieser Umstellung gut zurecht.

Welche Anpassungen an die realen Bedingungen folgen als nächstes?

Die nächste große Herausforderung besteht darin, bei sich ändernden Lichtverhältnissen zu spielen. Bislang sind die Spielfelder immer einheitlich beleuchtet. Wenn die Roboter aber bei Tageslicht spielen, dann müssen sie auch mit Lichtwechsel und Schatten zurechtkommen. Das ist wichtig. Schließlich sollen sie uns ja in der Zukunft den Alltag erleichtern. Und auch dort kommt es ständig zu Veränderungen in der Umgebung.

Spielen die Roboter während des Turniers selbständig oder greifen Sie auch ein?

Nein, die Roboter spielen komplett autonom, entscheiden also selbst, was sie tun. Wir dürfen während des Spiels noch nicht einmal Geräte mit Wifi-Funktion nutzen, damit sichergestellt ist, dass die Spieler nicht von außen gelenkt werden. Die Roboter müssen also von selbst dafür sorgen, dass sie den Ball auch zum richtigen Spieler passen.

Und wie spielt das Team Luxembourg United?  Eher offensiv oder defensiv?

Das ist unterschiedlich. Die Spieler sind so ausgestattet, dass sie bei Bedarf wechseln können und die Funktion innerhalb der Mannschaft tauschen. Wir arbeiten mit einem Dynamic Role Assignment (dynamische Rollenverteilung). Das ist auch wichtig, weil sonst die Gefahr besteht, dass der Akku nicht durchhält, wenn ein Spieler viel laufen und schießen muss.

Sind die Spieler denn alle gleich gut?

Die Teilnehmer der RoboCup Standard Platform League, in der auch wie spielen, nutzen alle den gleichen Roboter, nämlich den NAO Roboter von SoftBank Robotics. Es ist im Grunde vergleichbar mit den Regularien der Formel 1, wo es ja für alle Rennautos auch ganz strenge Vorgaben gibt, damit der Wettkampf fair ist. 

Und so wie in der Formel 1 neue Technologien entwickelt und ausprobiert werden, die dann später auch in normalen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, hat auch die Entwicklung der Fußball-Roboter einen Mehrwert. Was wir jetzt erforschen, dient letztlich alles dazu, die Roboter alltagstauglich zu machen.

Sie wollen das Luxembourg United Team unterstützen? Mehr Infos und Kontakt auf der Internetseite des Teams. 
Sie wollen die Spieler live in Aktion sehen, können aber nicht zum Spring Break Luxembourg? Hier ein Link zu einem Video des SnT. 

Autor: Uwe Hentschel
Foto/Video: Interdisciplinary Center for Security, Reliability and Trust (SnT)