Im Laufe der Jahre wurden bei den Robotern der Mittelklasse-Liga erhebliche Fortschritte gemacht, wie diese Unterschiede in der Hardware zwischen 1998 und 2013 zeigen.
Kleinbeinige Roboter treten beim RoboCup 2017 in Nagoya, Japan, in der Kidssize Humanoid League gegeneinander an.
Philippe Plailly/Wissenschaftsquelle
Der erste RoboCup, an dem ich als Student teilnahm, fand 1997 in einem kleinen Ausstellungsraum auf der International Joint Conference on AI (IJCAI) in Nagoya, Japan, statt. Das Wettbewerbsniveau war nach heutigen Maßstäben nicht sehr hoch. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass viele „Roboter“ damals nicht mit echten Robotern arbeiteten. RoboCup war in seinen Anfangsjahren insofern ungewöhnlich, als es die Menschen dazu zwang, komplette, integrierte Arbeitssysteme zu bauen, die erkennen, entscheiden und handeln konnten.
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Der Autor mit Mitgliedern des Austin Villa RoboCup-Teams.
Das Finale der Adult-Size Humanoid League zwischen NimbRo und den HERoEHS beim RoboCup 2022 in Bangkok, Thailand.
Das ursprüngliche Ziel des RoboCups, wie es vom Gründungspräsidenten Hiroaki Kitano definiert wurde, bestand darin, einem Team vollständig autonomer humanoider Roboter zu ermöglichen, bis zum Jahr 2050 die beste menschliche Fußballmannschaft der Welt auf einem echten Außenfeld zu schlagen. Seit dem ersten RoboCup Der Wettbewerb im Jahr 1997, an dem drei Ligen teilnahmen – kleine Radroboter, mittelgroße Radroboter und Simulation –, wurde ausgeweitet und umfasst jetzt Fußballligen für humanoide Roboter sowie andere Ligen, die sich Robotern mit unmittelbarerer Praktikabilität widmen. Die nächste RoboCup-Veranstaltung findet im Juli in Bordeaux, Frankreich, statt, wo 2.500 Menschen (und 2.000 Roboter) aus 45 Ländern gegeneinander antreten werden.
Links: Volker Steger/Science Source; Rechts: Sylvia Lederer/Xinhua/Redux
Austin Villa, RoboCup-Team der UT Austin, beschreibt die RoboCup Standard Platform League im Jahr 2008.
Die 2002 ins Leben gerufene RoboCup Humanoid League ist von entscheidender Bedeutung, um unser Ziel zu erreichen, bis 2050 ein Team hochqualifizierter humanoider Roboter aufzustellen. Zweibeinige Roboter sind eine ständige Herausforderung, insbesondere wenn diese Roboter mit Fußbällen in Originalgröße interagieren und darauf balancieren müssen ein Bein zum Treten mit dem anderen. Die Humanoiden müssen menschenähnliche Proportionen und Sensorkonfigurationen haben, die der menschlichen Wahrnehmung ähneln – was unter anderem bedeutet, dass sie keine omnidirektionale Wahrnehmung haben.
Robocup-Föderation
Dr. Hiroaki Kitano, japanischer Forscher für künstliche Intelligenz, hält zwei Mitglieder seines Miniaturroboter-Fußballteams.Peter Menzel/Science Source
Ein mobiler Manipulationsroboter interagiert beim RoboCup@Home 2016 in Leipzig autonom mit einem Toaster.
Eine Geschichte des RoboCup von 1997 bis 2011, von Peter Stone und Manuela Veloso.www.youtube.com
Während Fußball das ultimative Ziel von Robocup ist und die Forschung zu grundlegenden Themen wie Robotersicht und -mobilität motiviert, kann es schwierig sein, die Praktikabilität eines Spiels zu erkennen. Andere RoboCup-Ligen konzentrieren sich daher auf unmittelbarere Anwendungen. RoboCup@Home bietet Roboter für häusliche Umgebungen, RoboCup Rescue ist für Such- und Rettungsroboter für die Katastrophenhilfe vorgesehen und RoboCup@Work entwickelt Roboter für Industrie- und Logistikaufgaben.
Zum Abschluss einer RoboCup-Veranstaltung gibt es seit 2011 die Tradition, dass die Treuhänder der RoboCup Federation ein Freundschaftsspiel gegen das Siegerteam der Middle-Size League spielen. In den letzten Jahren sind die mittelgroßen Roboter überraschend konkurrenzfähig geworden, sie sind in der Lage, den Ball zu behalten, um die gegnerische Mannschaft herum zu dribbeln und Pässe über das Spielfeld zu reihen. Die Roboter sind vielleicht noch nicht bereit, es mit den Weltmeistern aufzunehmen, aber die Fortschritte waren beeindruckend: Im Jahr 2022 spielte Tech United Eindhoven ein Freundschaftsspiel gegen eine portugiesische Profi-Frauenmannschaft, Vitória SC, und die Roboter schafften es mehrere Tore schießen (nachdem die Frauen es ihnen leicht gemacht haben).
Von 2019 bis 2022 hatte ich das Privileg, Präsident der RoboCup Federation zu sein. RoboCup ist eine jährliche internationale Wettbewerbsveranstaltung, die visionäre Überlegungen darüber, wie KI und Robotik die Welt verändern werden, mit praktischem Roboterdesign verbindet. Die Teilnehmer verbringen Monate damit, verschiedene technische Probleme zu lösen, damit ihre Roboter autonom Fußball spielen, Hausarbeiten erledigen oder nach Katastrophenopfern suchen können. Und ihre Bemühungen ermöglichen wiederum grundlegende Fortschritte in einer Reihe von Bereichen, darunter maschinelles Lernen, Multiagentensysteme und Mensch-Roboter-Interaktion.
Die Middle-Size-Liga nutzt einen Fußball in Originalgröße und die Bordwahrnehmung auf hüfthohen Robotern mit Rädern. Im Laufe der Jahre hat es enorme Fortschritte in Richtung Fußball mit menschlicher Geschwindigkeit und menschlichem Maßstab gegeben. In den letzten Wettbewerben bewegten sich die Roboter zügig über ein großes Feld, entwickelten selbstständig Offensiv- und Defensivstrategien und koordinierten Pässe und Torschüsse. Der typische mittelgroße Roboter verfügt über die Fähigkeiten eines kompetenten Grundschulmenschen, obwohl sich die Roboter in dieser Liga keine Sorgen um die Beine machen müssen. Und in mancher Hinsicht haben die mittelgroßen Roboter Vorteile gegenüber menschlichen Spielern – die Roboter verfügen über eine omnidirektionale Erkennung, drahtlose Kommunikation und die Fähigkeit, dank eines mechanischen Ballabschusssystems konstant sehr präzise Schüsse zu platzieren.
Im Vergleich zu vor 25 Jahren stehen heute viel mehr Robotik-Wettbewerbe zur Auswahl und Anwendungen von KI und Robotik sind viel weiter verbreitet. Der RoboCup hat viele andere Wettbewerbe inspiriert und ist nach wie vor die größte Veranstaltung dieser Art. Unsere Community ist entschlossen, den neuesten Stand der Technik weiter voranzutreiben. An der Veranstaltung nehmen Teams aus Forschungslaboren teil, die auf Maschinenbau, medizinische Robotik, Mensch-Roboter-Interaktion, Lernen aus Demonstrationen und viele andere Bereiche spezialisiert sind. Es gibt keinen besseren Weg, neue Studenten auszubilden, als sie zu ermutigen, in den RoboCup einzutauchen .
Die Bedeutung des RoboCups lässt sich auch über die Konkurrenz hinaus messen. Einer der bemerkenswertesten Erfolge aus den Anfangsjahren des Wettbewerbs war die Technologie, die aus der kleinen Liga hervorging und die Grundlage von Kiva Systems bildete. Die Hardware von Kivas Roboter wurde vom RoboCup-Team von Cornell unter der Leitung von Raffaello D'Andrea entworfen. Nachdem er sein Team 1999, 2000, 2002 und 2003 zu Siegen in der Small-Size League geführt hatte, war D'Andrea Mitbegründer von Kiva Systems. Das Unternehmen, das Lagerroboter entwickelte, die Warenregale bewegten, wurde 2012 für 775 Millionen US-Dollar von Amazon übernommen und wurde zum Kern des Lagerrobotikprogramms von Amazon.
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Wenn die Community ihre Ziele erreichen will, müssen wir uns letztendlich zwei Herausforderungen stellen: Hardware bauen, die sich genauso schnell und einfach bewegen kann wie Menschen, und Software entwickeln, die die besten menschlichen Spieler in Echtzeit überlisten kann. Einige Experten verweisen auf die Existenz hochmoderner humanoider Roboter als Beweis dafür, dass bereits ausreichend leistungsfähige Hardware verfügbar ist. So beeindruckend sie auch sind, ich glaube jedoch nicht, dass diese Roboter die Fähigkeiten der talentiertesten menschlichen Athleten erreichen können. Ich habe keinen Beweis dafür gesehen, dass selbst die besten humanoiden Roboter heutzutage einen Fußball dribbeln und bei hoher Geschwindigkeit geschickt die Richtung ändern können, wie es ein professioneller Fußballspieler kann – insbesondere wenn man die Anforderung berücksichtigt, dass professionelle Spieler zustimmen müssen Um mit Robotern auf das Feld zu kommen, dürfen die Roboter weder zu schwer noch zu leistungsstark sein: Sie müssen sowohl geschickt als auch äußerst sicher sein.
RoboCup Federation
Kleine Roboter treten beim RoboCup 2017 in Nagoya, Japan, gegeneinander an.
Unabhängig davon, wie es ausgeht, besteht für mich kein Zweifel daran, dass der RoboCup eine bleibende große Herausforderung für KI und Robotik sowie ein großartiges Trainingsgelände für die nächste Generation von Robotikern ist. Die RoboCup-Community floriert und bringt neue Ideen sowie neue Ingenieure und Wissenschaftler hervor. Ich war stolz darauf, die RoboCup-Organisation geleitet zu haben, und freue mich darauf, zu sehen, wie es weitergehen wird.
Ein humanoider Roboter der Kindergrößenliga versucht während der Fußball-Weltmeisterschaft Robocup 2006 am 14. Juni 2006 im Congress Center in Bremen einen Rettungsversuch.
Seit die ersten Teams kleiner Roboter (hier mit einem Golfball) 1997 im RoboCup gegeneinander antraten, gab es viele technische Fortschritte.
Kazuhiro Nogi/AFP/Getty Images
Ein Katastrophenschutzroboter durchläuft im Rahmen von RoboCup Rescue [links] einen anspruchsvollen Mobilitätsparcours, während ein industrieller mobiler Manipulator während RoboCup@Work [rechts] beim RoboCup 2019 in Sydney ein Teil platziert.
Malte Christians/Bongarts/Getty Images
An diesem Punkt fragen Sie sich vielleicht, wie die Aussichten sind, das Gründungsziel von RoboCup zu erreichen – einem Team autonomer humanoider Roboter zu ermöglichen, das beste menschliche Team der Welt bei einem Fußballspiel auf einem echten Feld im Freien zu schlagen bis zum Jahr 2050. Wird Fußball den gleichen Weg gehen wie Schach, Dame, Poker, Gran Turismo, „Jeopardy!“ und andere menschliche Unternehmungen und von der KI erobert werden? Oder wird der Fußball aufgrund der Anforderungen an die Wahrnehmung in der realen Welt und an menschenähnlicher Geschwindigkeit und Beweglichkeit für Roboter unerreichbar bleiben? Diese Frage bleibt innerhalb der RoboCup-Community eine Quelle der Unsicherheit und Debatte. Obwohl 27 Jahre technologisch gesehen eine sehr lange Zeit sind, ist die physische Automatisierung tendenziell deutlich schwieriger und dauert viel länger als rein softwareorientierte Aufgaben.
Peter Stein
Die RoboCup Simulation League verwendet virtuelle Versionen der humanoiden Roboter der Standard Platform League.
Kazuhiro Nogi/AFP/Getty Images
Im Laufe der Jahre kam es beim RoboCup zu enormen Verbesserungen des Spielniveaus, wobei oft ein Muster folgte, bei dem ein Team eine Entdeckung machte und die Konkurrenz ein oder zwei Jahre lang dominierte und dann von einem anderen verdrängt wurde. Beispielsweise führte das Team FU-Fighters der Freien Universität Berlin Anfang der 2000er Jahre in der Small-Size-Liga, in der die Roboter einen Golfball sowie Außenwahrnehmung und Computer nutzen, einige Neuerungen ein. Sie begannen, den Ball mithilfe eines Geräts zu kontrollieren, das ihn zum „Dribbeln“ rückwärts in Richtung des Roboters schleuderte. Ein zweites Gerät trieb den Ball schnell nach vorne, um ihn abzuschießen. Als erstes Team, das diese Strategie entwickelte, hatten die FU-Fighters einen großen Vorteil, aber andere Teams folgten bald diesem Beispiel.
Während viele RoboCup-Ligen eine Hardware-Designkomponente beinhalten, konzentrieren sich einige Teams lieber mehr auf Software. In der Standard Platform League werden jedem Team identische Roboter zur Verfügung gestellt und so gewinnt die beste Kombination aus Algorithmen und Software-Engineering. Die erste Standardplattform für RoboCup war der Aibo, ein kleiner Roboterhund von Sony. Letztendlich besteht das Ziel von RoboCup jedoch darin, mit einem zweibeinigen Roboter eine Leistung auf menschlichem Niveau zu erreichen. Daher verwendet die Standard Platform League jetzt einen kleinen humanoiden Roboter namens Nao von SoftBank. Nao ist robust und leistungsfähig und kann umfallen und schnell wieder aufstehen, eine entscheidende Fähigkeit sowohl für fußballspielende Menschen als auch für Roboter.
Tech United, Gewinner des European RoboCup 2022 Middle-Size, spielt in Guimarães, Portugal, ein Ausstellungsspiel gegen das professionelle Frauenteam Vitória SC. Die Frauen hatten absichtlich einen Gleichstand gegen die Roboter, um das Spiel im Elfmeterschießen zu beenden.
Das Finale der Standard Platform League zwischen HTWK Robots und B-Human beim RoboCup 2022 in Bangkok, Thailand.
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Selbst in der Standard Platform League kann Hardware frustrierend sein, daher ermöglicht die RoboCup Simulation League den Teams, vollständig in Software zu arbeiten. Dies ermöglicht einen schnelleren Fortschritt mit modernsten Techniken. Mein eigenes Team, UT Austin Villa, begann 2014 damit, hierarchisches maschinelles Lernen zu nutzen, um Fähigkeiten wie Gehen und Treten in der Simulation League zu entwickeln, was es uns ermöglichte, die Konkurrenz zu dominieren. Doch im Jahr 2022 konnten uns der FC Portugal und Magma Offenburg mit tiefgreifenden Reinforcement-Learning-Methoden übertreffen.
Das Finale der Middle-Size League zwischen Tech United und den Falcons beim RoboCup 2022 in Bangkok, Thailand.