{"id":183227,"date":"2019-09-02T11:38:59","date_gmt":"2019-09-02T09:38:59","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=183227"},"modified":"2019-09-02T11:38:59","modified_gmt":"2019-09-02T09:38:59","slug":"autonomer-kick","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/autonomer-kick\/","title":{"rendered":"Autonomer Kick"},"content":{"rendered":"<p><strong>Drei Weltmeistertitel mehr als die deutsche Fu\u00dfball-Nationalmannschaft der Herren und trotzdem dr\u00e4ngten sich bei der Ankunft des Teams B-Human im Juli keine Menschenmassen am Bremer Flughafen. Roboter-Fu\u00dfball hat es noch nicht in die Primetime der Fernsehsender weltweit geschafft. Obwohl hier Zukunftsweisendes programmiert und getestet wird. Ein Interview mit Tim Laue, einem der f\u00fchrenden K\u00f6pfe des amtierenden Weltmeisterteams, \u00fcber die aktuellen Herausforderungen beim RoboCup, Dinge, bei denen Menschen immer noch viel besser sind als Roboter und was Robo-Fu\u00dfball mit autonomen Fahrzeugen zu tun hat.<\/strong><\/p>\n<h3>Wenn Sie die Bundesliga mit Roboter-Fu\u00dfball vergleichen, worin besteht die derzeit gr\u00f6\u00dfte Herausforderung f\u00fcr die Roboter?<\/h3>\n<p>Oh, da gibt es viele. Das f\u00e4ngt schon beim Laufen an. Menschliche Gelenke erreichen viel h\u00f6here Geschwindigkeiten. Vereinzelt kommen hochspezialisierte Industrieroboter, die sehr spezifische Dinge zusammenbauen, auf ein solches Niveau. Humanoide Roboter beherrschen heute zwar sehr viele Bewegungsabl\u00e4ufe. Unsere NAOs haben zum Beispiel sechs Elektromotoren pro Bein und entsprechend viele Freiheitsgrade. Aber Sie haben immer ein Energie- und Platzproblem. Die Extremit\u00e4ten so fein und reaktiv zu bewegen wie ein Mensch, ist damit heute noch nicht m\u00f6glich. Das br\u00e4uchten wir aber, um eine solche Maschine unfallfrei rennen oder richtig hart aufs Tor schie\u00dfen zu lassen.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium wp-image-183237\" src=\"https:\/\/archive.ioplus.nl\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/thumbnail_Tim_Laue-600x400.jpg\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"400\" \/><\/p>\n<h3>In Ihrer Spielklasse verwenden alle Teams denselben Robotertyp?<\/h3>\n<p>Beim RoboCup beteiligen wir uns an der sogenannten Standard Platform League. Hier verwenden alle den NAO von Softbank \u2013 circa 60 cm hoch, f\u00fcnfeinhalb Kilo schwer. So gesehen ist das, was wir machen, ein Softwarewettbewerb auf Basis einer einheitlichen Hardware. Im Gegensatz dazu gibt es etwa die Humanoid-Adult-Size-League. Hier k\u00f6nnen die Roboter auch 1,50 m hoch sein und werden von den Teams selbst gebaut.<\/p>\n<h3>Entsprechend treten in den unterschiedlichen Wettbewerben auch Experten unterschiedlicher Disziplinen an?<\/h3>\n<p>In unserer Klasse sind es vor allem Informatiker, die sich da tummeln, in anderen oftmals auch Elektroingenieure oder Elektrotechniker. Innerhalb dieser Disziplinen ist der Roboterfu\u00dfball in Deutschland allerdings nicht sehr popul\u00e4r.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium wp-image-183236\" src=\"https:\/\/archive.ioplus.nl\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/IMG_0605-600x400.jpg\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"400\" \/><\/p>\n<h3>Zufall?<\/h3>\n<p>Anfang der 2000er Jahre hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft den Roboterfu\u00dfball gezielt gef\u00f6rdert. Da gab es bundesweit ein gutes Dutzend Arbeitsgruppen, best\u00fcckt mit Wissenschaftlern, die Vollzeit daf\u00fcr bezahlt wurden, Robotern das Fu\u00dfballspielen beizubringen. Das hat die Sache auf breiter Front vorangebracht. Deutsche Teams wurden international erfolgreich. Aus meiner Sicht wirkt das bis heute nach.<\/p>\n<h3>Wie sieht es mit der Konkurrenz aus?<\/h3>\n<p>Die Teams, die beim RoboCup antreten, sind sehr unterschiedlich. Das Team aus Austin, Texas zum Beispiel, das sind alles Doktoranden mit abgeschlossenem Studium. Es gibt Hobbyteams oder solche, die sich auf Projektbasis zusammenfinden. Bei uns in Bremen ist das eine offizielle Lehrveranstaltung. Die Studierenden k\u00f6nnen hierf\u00fcr vergleichsweise viele Creditpoints bekommen und investieren entsprechend viel Zeit. Das hilft.<\/p>\n<h3>Mal abgesehen von den Creditpoints, was haben die Studierenden davon?<\/h3>\n<p>Die gehen dann mit ihrer Erfahrung beispielsweise in Bereiche wie industrielle Bildverarbeitung oder arbeiten an autonom fahrenden Autos.<\/p>\n<h3>Das eine hat etwas mit dem anderen zu tun?<\/h3>\n<p>Was den RoboCup in meinen Augen ausmacht: Es ist eine Testumgebung f\u00fcr sehr komplexe Software. Die Rahmenbedingungen sind definiert, aber auf das, was die gegnerische Mannschaft macht, haben wir keinen Einfluss. Um diese Situation zu bew\u00e4ltigen, greifen wir auf einen umfangreichen Pool an Algorithmen zur\u00fcck, erfinden neue dazu und pr\u00fcfen dann unter harten Bedingungen, ob das im Zusammenspiel funktioniert.<\/p>\n<h3>Die Maschinen sind w\u00e4hrend des Spiels auf sich alleingestellt?<\/h3>\n<p>Vollkommen. Die f\u00fcnf Spieler einer Mannschaft machen alles alleine. Das Programm, das auf den Robotern l\u00e4uft, muss also die Situation \u2013 Spielfeld, eigene Position, die Position der Mit- und Gegenspieler, die Tore, den Ball \u2013 \u00fcberhaupt erstmal erkennen und dann in allen Spielsituationen die richtigen Schl\u00fcsse ziehen.<\/p>\n<h3>Es gibt keine vorgegebenen Schrittfolgen, zum Beispiel eine zweier Abwehrkette und das synchrone Verschieben der Kette?<\/h3>\n<p>Man kann Schrittfolgen vorgeben, schon. Aber dann werden es unter realen Bedingungen vielleicht nur zweieinhalb Schritte nach vorn statt der geplanten drei oder bei der Drehung kommen vielleicht nur 80 Grad heraus, statt der geplanten 90.<\/p>\n<h3>Selbst einfache Bewegungen lassen sich mit einem solchen Roboter nicht pr\u00e4zise ausf\u00fchren?<\/h3>\n<p>Es kann Abweichungen geben. Das muss der Roboter merken und die Drehung gegebenenfalls korrigieren. Viele tausend Zeilen Quellcode drehen sich zum Beispiel um die Frage, wo sich der Roboter genau aufh\u00e4lt.<\/p>\n<p>F\u00fcr den Mensch ist das trivial. Ich wei\u00df sofort, wo ich mich auf dem Spielfeld befinde, wo die Tore sind etc. Unsere Roboter m\u00fcssen sich zun\u00e4chst einmal orientieren. Dazu haben sie zwei Videokameras, eine im Kinn, eine in der Stirn. Da kommen pro Sekunde 60 Kamerabilder an, die wir alle auswerten wollen. Das hei\u00dft, wir schauen auf jedem einzelnen Videobild, ob darauf eine Seitenlinie zu sehen ist, der Mittelkreis, der Elfmeterpunkt usw. Dar\u00fcber berechnet der Roboter dann die eigene Position.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium wp-image-183238\" src=\"https:\/\/archive.ioplus.nl\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/IMG_0618-600x400.jpg\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"400\" \/><\/p>\n<h3>Die Maschinen nutzen kein GPS-Signal? Das l\u00e4uft alles \u00fcber die Videodaten, die auf dem Feld entstehen?<\/h3>\n<p>Genau.<\/p>\n<h3>Ihr Team hat jetzt sieben Mal den Weltmeistertitel geholt. Was k\u00f6nnen Ihre Roboter besser als die anderen?<\/h3>\n<p>Sie k\u00f6nnen im Mittel alles besser als die Gegenspieler. Oder besser umgekehrt ausgedr\u00fcckt: Wenn sie nur eine der vielen Aufgaben nicht gut beherrschen w\u00fcrden \u2013 also etwa die Ballerkennung oder wenn sie h\u00e4ufiger umfallen w\u00fcrden als die Konkurrenten \u2013, dann w\u00fcrde sich dieser Fehler \u00fcber das Spiel hinweg zu einem m\u00e4chtigen Nachteil multiplizieren und wir w\u00fcrden mit hoher Wahrscheinlichkeit verlieren. Robuste Algorithmen \u00fcber alle Aufgabenfelder hinweg, das scheint unser wichtigster Wettbewerbsvorteil zu sein. \u2013 Einmal abgesehen davon, dass wir h\u00e4ufiger von anderen Teams daf\u00fcr gelobt werden, dass unsere f\u00fcnf besonders gut taktisch zusammenspielen.<\/p>\n<h3>Teamf\u00e4higkeit kann also auch beim Robo-Fu\u00dfball spielentscheidend sein?<\/h3>\n<p>Auf jeden Fall. In diesem Jahr haben wir tats\u00e4chlich viele P\u00e4sse gespielt. Daf\u00fcr muss sich der Mitspieler in eine Position bringen, in der er \u00fcberhaupt anspielbar ist. Im Gegenzug muss der ballf\u00fchrende Spieler entscheiden, ob er selbst schie\u00dfen soll, dribbeln oder passen. Das hat bei uns in vielen F\u00e4lle gut funktioniert.<\/p>\n<p>Allerdings hatten wir auch einmal den Fall, dass der ballf\u00fchrende Roboter direkt vor dem gegnerischen Tor stand und statt einzuschie\u00dfen, spielte er einen Pass zum Nebenmann.<br \/>\nNach einem Spiel schauen Sie sich die Daten an und gehen die Verbesserung der Abl\u00e4ufe an?<br \/>\nJeder Roboter zeichnet 60 Mal pro Sekunde alles auf, was passiert; die aufgenommenen Bilder, was erkannt wurde, welche Entscheidungen er getroffen hat usw. Das ergibt pro Roboter und Spiel mehrere Gigabyte Daten. W\u00e4hrend des Spiels notieren wir die Zeiten, in denen etwas Dummes passiert und schauen sp\u00e4ter, was da los war.<\/p>\n<h3>Bleiben wir bei dem unsinnigen Pass. Woran lag\u2018s?<\/h3>\n<p>Im konkreten Fall hat die Berechnung ergeben, dass der direkte Weg zum Tor nicht frei war. Das kann daran liegen, dass der Roboter einen zweiten Gegner erkannt hat, der gar nicht da war. Sagen wir, er erkennt einen Gegenspieler, schaut weg, um den Ball zu orten, schaut wieder hin und erkennt einen zweiten Gegenspieler \u2013 der eigentlich der erste ist, der sich allerdings in der Zwischenzeit weiterbewegt hat. Dann ist pl\u00f6tzlich kein Platz mehr f\u00fcr einen Torschuss.<\/p>\n<h3>Sensortechnische Probleme?<\/h3>\n<p>Als Mensch baue ich mir eine mentale Karte von meinem Umfeld auf. Auch wenn der Ball an mir vorbei rollt und ich ihn nicht mehr sehe, habe ich trotzdem eine Vorstellung davon, wo der Ball liegt. Etwas \u00c4hnliches machen die Roboter auch. Sie kalkulieren die eigene Bewegung und erinnern sich quasi daran, dass da etwas war, auch wenn sie es gerade nicht sehen. Je l\u00e4nger sie dann nicht hinschauen, desto grober ist die Sch\u00e4tzung \u00fcber die Situation hinter ihnen. Dass die Roboter alle gleich aussehen, macht die Sache nicht einfacher.<\/p>\n<h3>Die Roboter senden kein Freund-Feind-Signal?<\/h3>\n<p>Es stehen Nummern drauf. Der menschliche Schiedsrichter kann die Nummern einfach erkennen. Theoretisch k\u00f6nnte auch unsere Software die Nummer nutzen. Aber praktisch ist das nicht so einfach und wir haben noch keine Arbeit hineingesteckt, um das zu k\u00f6nnen.<\/p>\n<h3>Sie kommunizieren untereinander?<\/h3>\n<p>Die Roboter k\u00f6nnen im Team per WLAN Daten austauschen. Jeder Teamroboter schickt einmal pro Sekunde die ermittelten Koordinaten an die Mitspieler; wo befinde ich mich, wo glaube ich, seid ihr, wo ist der Ball etc. Jeder Roboter baut dann seine eigene Karte der Spielsituation auf.<\/p>\n<h3>Ein wichtiges Thema beim Autonomen Fahren: Zu wissen, wo sind andere Verkehrsteilnehmer, wie sind die Umgebungsverh\u00e4ltnisse vor mir, wie schnell sind die anderen \u2026<\/h3>\n<p>Jedes autonome Fahrzeug vermisst mit diversen Sensoren sein Umfeld und baut sich ein eigenes Konstrukt seiner unmittelbaren Umgebung auf. Sonst w\u00fcrde es sehr schnell sehr gef\u00e4hrlich.<\/p>\n<h3>Insofern ist das Spielfeld eine prima Testumgebung \u2026<\/h3>\n<p>Wir haben bei den Robotern den Nachteil, dass viele Sensoren, die beim Auto zum Einsatz kommen, zu schwer w\u00e4ren. Die Kameras wiegen nur wenige Gramm. Je gr\u00f6\u00dfer und schwerer der Roboter, desto h\u00f6her der Energieverbrauch und die Kr\u00e4fte, die wirken, wenn er hinf\u00e4llt. Der humanoide Roboter braucht ja allein f\u00fcrs Stehen schon Energie. Im Vergleich dazu ist der Mensch beeindruckend effizient.<\/p>\n<h3>Ist doch sch\u00f6n, dass Menschen zur Abwechslung auch einmal etwas besser k\u00f6nnen als ein Roboter.<\/h3>\n<p>Der Mensch ist nach vielen tausend Jahren Evolution schon ziemlich optimiert, sodass ich ein Gewicht von rund 80 Kilogramm ziemlich lange durch die Gegend bewegen kann, und das mit einer vergleichsweise geringen Energiezufuhr \u2013 ein bisschen Wasser und ein Br\u00f6tchen, das reicht f\u00fcr viele Stunden. Davon sind heutige Roboter noch weit entfernt.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>@Fotos: University of Bremen\/Tim Laue<\/p>\n<p><em>Im zweiten Teil des Interviews geht&#8217;s darum, wie Roboter ihre Umgebung detektieren und verarbeiten.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Drei Weltmeistertitel mehr als die deutsche Fu\u00dfball-Nationalmannschaft der Herren und trotzdem dr\u00e4ngten sich bei der Ankunft des Teams B-Human im Juli keine Menschenmassen am Bremer Flughafen. Roboter-Fu\u00dfball hat es noch nicht in die Primetime der Fernsehsender weltweit geschafft. Obwohl hier Zukunftsweisendes programmiert und getestet wird. 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