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RoboCup-WM: Laufen und fallen auf dem Weg zum Weltmeistertitel 2050

2050 sollen Roboter den menschlichen Fußballweltmeister besiegen. Was sich seit 1997 getan hat und noch getan werden muss, wurde nun auf der RoboCup-WM beraten.

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Ein Spieler des Teams rUNSWift aus der Gastgeberstadt Sydney, das in der Standard Platform gegen die Nao Devils aus Dortmund den dritten Platz erkämpfte.

(Bild: heise online /
Hans-Arthur Marsiske)

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Seit dem ersten WM-Turnier im Jahr 1997 hat der RoboCup auf dem Weg zu seinem Ziel, bis zum Jahr 2050 den menschlichen Fußballweltmeister mit einem Team humanoider Roboter zu schlagen, noch nicht ganz die Hälfte der Strecke absolviert. Dennoch ist es nicht zu früh, eine Zwischenbilanz zu ziehen.

Das tat Manuela Veloso, Mitbegründerin der RoboCup-Initiative, in ihrem Eröffnungsvortrag im RoboCup-Symposium, das am Montag im Anschluss an die diesjährige RoboCup-WM in Sydney zusammenkam. Sie erinnerte an die berühmte Dartmouth Conference von 1956, die als der Beginn der Forschungen zu Künstlicher Intelligenz (KI) gilt. Damals wurde die aus heutiger Sicht abenteuerliche Annahme formuliert, die wesentlichen Probleme der KI könnten von zehn Forschern in zwei Monaten gelöst werden. Tatsächlich sei die KI-Forschung immer noch eine junge Disziplin und befinde sich nach wie vor in ihren Anfängen, meinte Veloso. Allerdings habe es Anfang der 1990er Jahre einen entscheidenden Perspektivwechsel gegeben, als das Problem der KI auf das Zusammenspiel von Wahrnehmung, Denken und Handeln in künstlichen Agenten konzentriert wurde.

1992 schlug Alan Mackworth in seinem Artikel On Seeing Robots vor, dieses Konzept mit Fußball spielenden Robotern umzusetzen. Velosos damaliger Student Peter Stone sah eine Demo dieser Roboter und erzählte ihr davon. Ungefähr zur gleichen Zeit wurde auch in Japan über Roboterfußball diskutiert. Minoru Asada baute einen Roboter und ließ ihn lernen, aufs Tor zu schießen. Itsuki Noda entwickelte den ersten Fußball-Simulator.

RoboCup-WM 2019 (64 Bilder)

Der letzte Tag: Die Bremer Stadtmusikanten beschützten B-Human (schwarz) im Halbfinale gegen ruNSWift (gelb).
(Bild: Hans-Arthur Marsiske)

Auf der Robotik-Konferenz IROS kamen diese Initiativen im November 1996 zusammen, als im ersten RoboCup-Workshop acht simulierte Fußballteams gegeneinander antraten und reale Fußballroboter vorgeführt wurden. "Das Energieniveau war grenzenlos", erinnerte sich Veloso. Im Rahmen der KI-Konferenz 1997 in Nagoya, die von Hiroaki Kitano geleitet wurde, sei dann die erste RoboCup-WM ausgetragen worden. In Ergänzung zu den drei Wettbewerben Simulation, Middle Size Robots und Small Size Robots (damals auf einem Feld von der Größe einer Tischtennisplatte) habe es schon damals ein Symposium gegeben. Es sollte von vornherein nicht nur darum gehen, das Turnier zu gewinnen, sondern auch die wissenschaftliche Forschung voranzubringen.

Im Lauf der Jahre kamen dann weitere Wettbewerbe hinzu wie RoboCup Junior, die Rescue League, RoboCup@home und weitere. Auch die Zahl der Teilnehmer wuchs. Veloso zeigte ein Foto von der RoboCup-WM 2001, auf dem alle Teilnehmer versammelt waren. Das war bei den nachfolgenden Weltmeisterschaften nicht mehr möglich. Als Grund für diesen Erfolg nannte sie an erster Stelle die starke Gemeinschaft von Forschern, die sich im Lauf der Zeit herausgebildet habe. Eine entscheidende Rolle spiele dabei der Austausch der für den Wettbewerb entwickelten Lösungen im Rahmen des Symposiums.

So teilte etwa beim diesjährigen Symposium Pedro Peña (University of Miami) die auf seiner Masterarbeit aufbauenden Erkenntnisse zur Integration von Laufen und Kicken bei einem humanoiden Nao-Roboter. Das Schießen des Balls in verschiedene Richtungen hatte er früher schon in einem Video festgehalten. Jetzt zeigte er Aufnahmen von Experimenten, bei denen der Ball aus dem Laufen heraus in zehn verschiedene Richtungen geschossen wurde. Dabei habe der Ball die beabsichtigte Richtung im Durchschnitt um 6 Prozent verfehlt. Die Häufigkeit der Stürze habe bei weniger als einem Prozent der Schussversuche gelegen.

Das Abwägen zwischen Sturzrate und Laufgeschwindigkeit ist eines der Optimierungsprobleme, das die Programmierer von Fußballrobotern lösen müssen. Es nützt nichts, schneller zu laufen als andere, wenn dieser Vorteil durch die Zeit, die fürs Aufstehen nötig ist, wieder verlorengeht. Das war auch das Problem der virtuellen Roboter des Teams FC Portugal im Wettbewerb der 3D Soccer Simulation League: Die simulierten Nao-Roboter der Portugiesen konnten auf gerader Strecke wesentlich schneller rennen als alle anderen, hatten aber bei anderen Gangarten und beim Kicken des Balls Schwierigkeiten, die Balance zu halten. Gleichwohl haben die Sprinterqualitäten großen Eindruck gemacht.

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Auf dem Symposium zeigte Miguel Abreu beeindruckende Aufnahmen davon und erläuterte, wie es mithilfe des relativ neuen Lernverfahrens Proximal Policy Optimization (PPO) gelungen ist, innerhalb von 73 Stunden dieses bemerkenswert menschenähnliche Laufverhalten zu entwickeln. Mit einer Spitzengeschwindigkeit von 2,62 Metern pro Sekunde seien diese Spieler mehr als doppelt so schnell als alle anderen, sagte Abreu. Das entspricht ungefähr dem 4,3-fachen der Körpergröße eines Nao-Roboters. Auf menschliche Dimensionen übertragen wären das gut 7,5 Meter pro Sekunde oder knapp 28 km/h, damit kann sich auch in der Bundesliga durchaus sehen lassen.

Auf reale Roboter ließe sich das Verfahren nicht ohne weiteres übertragen, räumte Abreu ein. Die Stärke der Motoren sei dort schwächer als bei den simulierten Robotern. Auch sei noch einige Arbeit nötig, um das Sprinten effizient ins gesamte Spiel zu integrieren. Gleichwohl unterstreichen Forschungen wie diese – die nur einen kleinen Ausschnitt aus dem Programm des Symposiums darstellen – den von Manuela Veloso in ihrem Vortrag geäußerten Optimismus, das vom RoboCup anvisierte ehrgeizige Ziel zu erreichen. Allerdings schlug sie eine neue Formulierung der RoboCup-Vision vor, die angesichts der zunehmenden Integration von Robotiktechnik in den menschlichen Körper und der verschwimmenden Grenzen zwischen olympischen und paralympischen Spielen bedenkenswert ist und in den kommenden Jahren sicherlich viel diskutiert werden wird – nicht nur in der RoboCup Community, sondern zum Beispiel auch bei der Fifa: "Bis zum Jahr 2050 werden Roboter Teil des Fußball-Weltmeisterteams sein." (anw)