Guido Budziak

Op 21 juni is Tech United (robotvoetbal team van de Technische Universiteit Eindhoven) in Montreal voor de 4e keer wereldkampioen robotvoetbal geworden. Het team won met 1-0 van het robotteam Cambada (Portugal). Wat komt erbij kijken bij robotvoetbal en wat mogen we er in de toekomst van verwachten?

RoboCup

Het jaar 2050 is na dit WK in Rusland nog 8 wereldkampioenschappen voetbal weg. Toch staat er in dat jaar een geweldige wedstrijd op ons te wachten. Tenminste, als het aan RoboCup ligt. RoboCup organiseert het WK-voetbal voor robots. Deze competitie is medio jaren negentig opgezet door de gemeenschap van wetenschappers op het gebied van robotica en kunstmatige intelligentie. In 2050 willen zij het met een elftal van robots opnemen (volgens de FIFA-regels) tegen de regerend wereldkampioen voetbal. En dan winnen natuurlijk!

The Dream
We proposed that the ultimate goal of the RoboCup Initiative to be stated as follows: By the middle of the 21st century, a team of fully autonomous humanoid robot soccer players shall win a soccer game, complying with the official rules of FIFA, against the winner of the most recent World Cup. — Internationale RoboCup Federatie.

Voetbalrobots zijn de ‘vleesgeworden’ resultaten van ontwikkelingen op het gebied van AI (kunstmatige intelligentie) en robotica. Metingen, data verzameling en analyse om de voetbalprestaties te verbeteren zitten verankerd in de robots zelf. Waarom houden wetenschappers zich bezig met robotvoetbal? Wat is de stand van zaken en wat mogen we er van verwachten?

De robots in actie tijdens het afgelopen WK in China. ©Tech United.

Robotvoetballers

RoboCup kent verschillende voetbalcompetities. Tech United speelt in de Middle Size League. Deze robots hebben geen armen en benen In deze Middle Size League voetballen twee teams van 5 robots (maximaal 52x52x80 cm groot) autonoom een potje voetbal. De robots bewegen en spelen autonoom maar ze zijn door de teams geprogrammeerd. Mensen mogen slechts de robots in en uit het veld halen. Vooralsnog zijn deze geprogrammeerde regels vrij eenvoudig. De robots passen hun strategie niet aan op basis van hun waarnemingen van het spel van de tegenstander. Dat is iets voor de toekomst. Wel is er een menselijke scheidsrechter wiens beslissingen in een refbox (computer) worden ingevoerd. Deze geeft de beslissingen (vrije trap, ingooi etcetera) via draadloos netwerk aan de robots door.

Voetbalintelligentie

Iedereen die weleens een wedstrijd heeft gevoetbald of heeft bekeken kent vast wel uitdrukkingen zoals “hou het veld breed!”, “druk zetten!” of “inzakken!” voorbij horen komen. Het zijn de vaktermen waarmee coaches hun spelers instrueren. Wij mensen kunnen aan dit soort vage aanwijzingen vaak een draai geven waardoor de veldbezetting klopt of de speluitvoering tot een doelpunt leidt. Een computer heeft geen benul van wat een voetbalwedstrijd is.

Op dit moment beschikken de robots nog over weinig voetbalintelligentie. Het omzetten van alle dingen die op het veld gebeuren naar een representatie waarmee computers uit de voeten kunnen is een complexe opgave. De robots weten op ieder moment exact waar spelers zich bevinden en op welke afstand ten opzichte van elkaar. Maar of dit een goede veldbezetting is? Het bepalen van de beste afspeelmogelijkheid is ook een lastige opgave. Dat moet de robots worden aangeleerd. Hiervoor is inhoudelijke kennis van het voetbalspel nodig.

Data analyse bij het robotvoetbal is een belangrijk onderdeel om de spelkwaliteit te verbeteren. De wijze waarop dit gebeurt is vergelijkbaar met de analyses die in het Europese topvoetbal worden uitgevoerd. ©Tech United.

Creativiteit

In de afgelopen jaren zijn er flinke stappen gezet om tot beter samenspel te komen. Aanvankelijk was er sprake van ball-centric strategie. Iedere robot probeerde de bal te veroveren en er vervolgens ‘iets goeds mee te doen’. Dan schoot de robot automatisch in de richting van het doel of begon te dribbelen. Tegenwoordig hebben de robots oog voor de pass mogelijkheden. Medespelers die er goed voorstaan worden ingespeeld. Als het kan, wordt de bal in de vrije ruimte gespeeld en weet de medespeler de bal hier op te pakken.

Toch is het maar de vraag of in hoeverre de onderzoekers en ingenieurs er echt in gaan slagen om robots op basis van spelpatronen en creativiteit te laten voetballen. Het voetbalspel is een zeer complex kennisconcept dat lastig te formaliseren is. Zolang we geen adequaat model en taal hebben om dit te beschrijven zal het voor robots lastig blijven om zo te spelen als mensen dat doen.

Doelpunt!

Tijdens iedere editie van het WK-robotvoetbal staat er ook een wedstrijdje “mensen tegen de robots” op het programma. Hoewel het overduidelijk is dat de mensen (vaak zelf ongeoefende spelers) geen kind hebben aan de robots viel er in 2014 toch een belangrijk succes te noteren. Toen scoorde Tech United een doelpunt! Op deze beelden is te zien dat de combinatie van handelingssnelheid van de robots en een zuiver schot de menselijke keeper weet te verrassen.

Brekebeentjes

De voetbalintelligentie van de robots, die onze ogen misschien beperkt is, vormt op dit moment niet het grootste struikelblok om succes te behalen. Haperende hardware speelt het team nog regelmatig parten. Die schade wordt ook vaak veroorzaakt door tegenstanders. De Chinezen wordt weleens verweten een bulldozerstrategie te hanteren. Ze ontregelen het spel van de tegenstander door agressief te verdedigen. Ze spelen ‘op de man’. Er zijn regels maar de scheidsrechters hebben er niet altijd goed het oog in.

Als gevolg van botsingen of andere mankementen aan de onderdelen raken robots ‘geblesseerd’ waardoor ze niet inzetbaar zijn. Dan speel je weleens met een man minder. Tijdens zo’n toernooi is er vaak onvoldoende gelegenheid om de noodzakelijke reparaties uit te voeren. Betrouwbaardere hardware zal een enorme verbetering voor de prestaties betekenen. Dit geldt trouwens voor alle teams. Vandaar dat de meeste aandacht op dit moment uitgaat naar de elektronica en mechatronica.

Beperkte conditie

Een ander belangrijk aspect is de energievoorziening. Mensen hebben een ingenieus energiesysteem dat zeer effectief werkt en efficiënt is. Stel dat er nu robots zouden zijn die qua functionaliteit en intelligentie het zouden kunnen opnemen tegen mensen, dan is de batterij na 20 minuten leeg. De bewegingen die tijdens het voetbal worden gemaakt vragen om veel vermogen. Daarnaast is de mens met zijn bewegingen nog altijd sneller dan een robot. De combinatie en integratie van tal van innovaties uit verschillende domeinen zal er naar verwachting wel toe leiden dat er een betere energievoorziening komt voor de robots.

Geen ego’s

Robots gunnen elkaar het succes. Dit is misschien anders dan bij mensen. Iedere robot vervult een rol met bijbehorende taken. De robots weten ook wat de rol en taken van de medespelers zijn. Deze rollen kunnen wisselen. Dit wordt onderling democratisch besloten. Met elkaar proberen ze het optimale resultaat te behalen. In de toekomst kan kan dit een enorm voordeel betekenen. In tegenstelling tot het menselijke voetbal hoeft er bij robotvoetbal geen rekening te houden met de ‘ego’ van een robot bij het optimaliseren van het spel.