Af Caspar Haarløv, Alt om Data
Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.
Lider man af mareridtsvisioner om store Terminator-agtige robotter, der overmander menneskeheden med deres styrke, hurtighed og iskolde intelligens, så kan det hjælpe at se kampene i Robocup, verdensmesterskabet i fodbold for robotter.
De små, menneskelignende robotter i standardklassen kan dårligt finde ud af at spille på hold, men går det meste af tiden rundt som isolerede individer – nærmest som når man ser en lilleputfodboldkamp. Bare langsommere. Det er ikke et kønt syn. Udviklerne jubler, blot det lykkes en af robotterne at ramme bolden uden at vælte. Topmålet af ekvilibrisme er, hvis det lykkes at trille en bold ganske langsomt i retning af målet.
Når det er sagt, så er det stadig fascinerende at se robotterne spille mod hinanden. I standardklassen er nogle hold tydeligt mindre dårlige til at spille end andre, og ind imellem lykkes det endda at score et seværdigt mål. Tilskuerne omkring banerne, der befinder sig i en hal (robotterne tåler ikke regn) lever sig begejstret ind i begivenhederne på ”grønsværen”.
[irp]
Turneringen har fundet sted hvert år siden 1997: et stort år indenfor kunstig intelligens. Det var i 1997, at IBM Deep Blue slog den menneskelige verdensmester i skak, og det var også det år, hvor NASA landede på Mars med en selvkørende rover-robot. Men det var altså også året, hvor den første officielle internationale fodboldturnering for robotter åbnede i Japan.
Kompleksitet mellem ørerne
Fodbold giver robotudviklerne nogle helt særlige udfordringer. Og robotfodbold er en glimrende illustration af, hvor kompleks den menneskelige hjerne er. For at udføre noget så tilsyneladende simpelt som at spille fodbold, kræves for det første balance, et godt syn, og forståelse af spillets mål og regler.
Dernæst kræves der god sparketeknik – hvilket igen kræver en forståelse af, hvordan bolden flytter sig, og hvordan man kan påvirke dens bane – hvor den er på vej hen nu, og hvor den skal rammes for at komme det ønskede sted hen.
Ronaldo tryller! Det er standardkategorien, der tiltrækker størst opmærksomhed. For robotterne virker menneskelige.Samtidig skal man udføre nøje koordinerede sammentrækninger og udstrækninger af muskelgrupper i hele kroppen for at udføre sparket. Det er ikke småting – og derfor springer robotterne heller ikke omkring og laver virtuose driblinger og saksespark.
Som den amerikanske hjerneforsker David Eagleman skriver i sin bog The Brain, så er vi ikke selv bevidste om de ufattelige mængder af beregninger, der bliver gjort i vores hjerne for at muliggøre hverdagens mange fysiske udfordringer. Men når vi prøver at få en robot til at gøre det samme, bliver det tydeligt, hvor kompleks en bevægelse det for eksempel er bare at drikke en kop te, for slet ikke at tale om at gå op ad en trappe med en kop te i hånden og tale i telefon samtidig.
[irp]
Det er udfordringer, vi som mennesker løser uden at tænke særligt over det, men som langt overstiger selv de mest avancerede robotters evner. Vi er meget imponeret over computernes evner til at spille skak og udføre matematiske beregninger, men det er intet ved siden af den intelligens, det kræver at styre en krop.
Fodbold i forskellige klasser
VM-fodboldturneringen for robotter afholdes i forskellige klasser. Når der kæmpes om guld i Montreal i juni kommer det til at ske i fem kategorier.
RoboCup Small Size League
To hold med seks robotter på maks. 18 x 15 cm spiller fodbold med en orange golfbold. Robotterne og bolden identificeres og spores af fire overhead-kameraer, der er forbundet til holdenes computere uden for banen.
RoboCup Middle Size League
Hold af fem fuldt autonome fodboldrobotter konkurrerer mod hinanden på en lille indendørs fodboldbane. Holdene designer frit både hardware og software, og robotterne behøver ikke at ligne mennesker (de kører ofte på hjul og er udstyret med omnidirektionelle kameraer). Robotstørrelsen er dog begrænset. Markspillere skal passe ind i en 52 x 52 x 80 cm stor boks. Målmanden kan dog øge sit frontområde 10 centimeter i enhver retning. Hver robot må højest veje 40 kg. Robotterne kan kommunikere med hinanden via et WLAN-netværk.
Standard Platform League
Den visuelt mest fascinerende robottype. Alle hold bruger samme robotter, hvilket giver udviklerne mulighed for at koncentrere sig om softwareudvikling snarere end robotternes mekanik. Der er ingen fjernbetjening af enten mennesker eller computere under spillene. Robotterne beslutter selv, hvad de skal foretage sig. De første turneringer blev spillet med Sonys firbenede robot Aibo. I dag bruges den 58 cm høje menneskelignede NAO fra SoftBank Robotics.
RoboCup Simulation League
Finder sted mellem hold af autonome softwarespillere, der spiller fodbold på et virtuelt felt inde i en computersimulering. Ligaen er er opdelt i fire sub-ligaer: 2D Soccer Simulation, 3D Soccer Simulation, 3D-udvikling og Mixed Reality Soccer Simulation.
Humanoid League
Autonome menneskelignende robotter med humane sensorer. Ligaen er opdelt i tre størrelsesklasser: KidSize (40-90 cm højde), TeenSize (80-140 cm) og AdultSize (130-180 cm). I KidSize- konkurrerer hold med fire højtydende autonome robotter mod hinanden. TeenSize består af teams med hver to autonome robotter. Og i AdultSize-fodbold spiller en angriberrobot først mod en målvogterrobot, og derefter spiller de samme robotter med omvendte roller mod hinanden.
Klar til næste vm
Det kan fodboldrobotudviklerne tale med om. I år skal der dystes i Montreal i Canada. Det foregår fra 17. til 22. juni, lige oven i det ”rigtige” fodbold-VM for velkoordinerede mænd.Hold fra hele verden vil kæmpe mod hinanden i flere typer af robot-bold, fra små robotter på hjul til kæmpe-robotter i menneskestørrelse.
Den største opmærksomhed plejer at rette sig mod en kategori i mellemklassen, nemlig den såkaldte standard-platform. Her bruger alle hold den samme robot, den 58 cm høje NAO fra SoftBank Robotics, og konkurrerer altså om, hvor godt robotten er programmeret.
Det sjove ved standard-platformen er, at der er tale om små, menneskelignende robotter, der spiller på hold sammen. Robotterne skal altså både se bolden, sparke til den, komme uden om modstanderne og arbejde sammen. Alt sammen uden ekstern styring af nogen art.
Danmarks egen robot-cup
Danmark stiller ikke op til VM i robotbold. Danmarks Tekniske Universitet i Lyngby har i stedet sin egen DTU RoboCup, hvor robotterne konkurrerer om at gennemføre en forhindringsbane.
Men om det er fodbold eller forhindringsløb, så tjener konkurrencerne et fornuftigt fagligt formål. Ifølge lektor på DTU Nils Axel Andersen er konkurrencerne især velegnede som et studieelement, hvor de studerende får et konkret projekt at arbejde hen imod og derigennem lære at bygge og programmere robotter.
[irp]
”Som forsker får man jo også det ud af det, at tingene faktisk skal virke. Ellers kan man måske godt nøjes med en halv video og en masse teori, men det er jo ikke nok, når man stiller op i en konkurrence. Så det tvinger en til at fokusere mere på pålidelighed og repeterbarhed,” fortæller Nils Axel Andersen.
Fælles for DTU’s forhindringsbane og de fodboldspillende robotter er, at en af de mest krævende udfordringer er at få robotten til reagere formålstjenstligt på uforudsete visuelle input. På fodboldbanen er det bolden og de andre spilleres positioner. På forhindringsbanen er det klodser i forskellige former og drille-robotter, der spærrer vejen. Nils Axel Andersen forklarer, at de færreste mennesker nok er klar over, hvor dårlig teknisk vision egentlig er.
Verdensmesterskaberne afholdes i en stor hal, hvor mange kampe spilles samtidig. Her er de mange tilskuere ved at line op til RoboCup 2017.”Vores drømmescenarie er jo at bygge en robot, der kan rydde op på et teenageværelse. For det som vi andre kan overskue på mindre et øjeblik, nemlig at kigge ind i værelset og med det samme vide, om det er skrald eller tøj, eller hvad det nu er, der ligger på gulvet, det kan robotten slet ikke. Det er en stor opgave for den. Og det er ikke noget, vi kommer til at se robotter kunne inden for de næste 10 år.”
Det er en udfordring, der spejles i udviklingen af industrielle robotter. Nils Axel Andersen fortæller, at en robot-arm for tyve år siden nok var i stand til at skrue en skrue i et hul, men ikke at registrere, om der var et hul eller ej.
[irp]
Det betød, at hele processen omkring en robotfunktion i mange år har handlet om at være ekstrem præcis. Så præcis, faktisk, at omkostningerne til at bygge fuldstændigt præcise rullebånd og lignende omkring robotterne ofte oversteg prisen på selve robotten med flere hundrede procent. Det kan man i dag undgå med forskellige sensorer, som registrerer omgivelserne, og som robotten kan justere sine funktioner efter.
For at blive i eksemplet med skruen, så vil en skrue-robot i dag stadigvæk kun have én funktion, nemlig at skrue, men ved hjælp af et kamera vil den selv kunne finde hullet, som skruen skal i, og den vil kunne rykke derhen og udføre sin opgave uden at beskadige materialet.
Men derfra og så til at reagere lynhurtigt på mange forskellige indtryk er der langt. Til gengæld er det denne teknologi, der i dag gør robotter til uovertrufne lagermedarbejdere, der kan finde ting og samle dem op uanset, hvordan genstandene er arrangeret.
En robot med 7 sanser
I kategorien Standard Platform Leaugue optræder ved VM kun robotten NAO fra SoftBank Robotics. Her handler det med andre ord om at programmere robotten bedre end konkurrenterne – så den bliver bedre til at aflevere til de fire andre spillere på holdet, så den har særlige angrebs-, forsvars- eller målmandsegenskaber, så den kan finde rundt på banen og se bolden, målene, opstregninger osv. Der er nok at holde styr på, for robotten har syv sanser:
1 Bevægelse:
Robotten kan gå, holde balancen (nogenlunde) og rejse sig takket være en indbygget inertienhed.
2 Følelse:
De mange sensorer i hovedet, på hænderne og fødderne gør det sammen med lydsonarer muligt for robotten at mærke omgivelserne.
3 og 4: Hørelse og tale:
Med fire direktionale mikrofoner og højttalere, kan NAO interagere med mennesker på en naturlig måde ved at lytte og tale.
5 Syn:
Der er to øjne – kameraer – som filmer omgivelserne i høj opløsning, så robotten kan genkende former og farver.
6 Forbindelse:
Robotten kan gå på internettet trådløst og (når den står stille) via kabel. Der er både Wi-Fi og Ethernet. 7 Tankevirksomhed: Der er ikke tale om kunstig intelligens, men robotten kan efterligne menneskelig adfærd.
Et seriøst formål
Arrangørerne af fodboldturneringen har fra starten haft det mål, at man i løbet af 50 år når frem til at skabe et robothold, der kan slå et fodboldhold med professionelle menneskelige spillere. Nogle udviklere forventer endda, at man i 2050 vil kunne vinde verdensmesterskabet i herrefodbold. Der er man ikke helt endnu.
Men dette mål er i virkeligheden heller ikke det egentlige mål. I miljøet er man udmærket klar over, at et velspillende fodboldhold bestående af robotter ikke tjener noget praktisk formål. Som på DTU er hensigten med udviklingen af konkurrence-egenskaberne at give udviklerne konkrete udfordringer, der skal løses for at kunne skabe funktionelle robotter, der kan hjælpe mennesker.
[irp]
Mulighederne er selvfølgelig uendelige, men et oplagt emne for selvstændigt handlende humanoide robotter er redningsaktioner i katastrofesituationer, hvor omstændighederne gør det livsfarligt for mennesker at træde til.
Sideløbende med fodboldturneringerne afholdes der derfor en RoboCup Rescue Robot League, hvor robotter konkurrerer om at finde ofre i et simuleret jordskælvsmiljø. Robotterne udfører 20 minutters søgnings- og redningsopgaver på et testareal, der måler 10 x 6 meter.
De indeholder en række forhindringszoner, der er designet til at udfordre autonom drift, mobilitet og objektmanipulation. Pointtildelingen baseres på antallet af fundne ofre, detaljerne hvormed ofrene blev opdaget, og på hvordan arenaen blev kortlagt.
Kategorien med humanoide robotter giver stort spillerum for hardwareudviklerne.
