Möt vinnaren av robotics världscup

Om du har intrycket att det senaste fotbolls-VM vanns av ett fint franskt lag som segrade över Kroatien i en dramatisk final, då såg du fel turnering.

Ungefär samtidigt, på andra sidan jorden i Montreal, pågick också en annan turnering. Detta var fotbolls-VM för robotar i vuxenstorlek. Och den vanns av en robot som heter NimbRo för andra året i rad. Föga överraskande är NimbRo tysk och representerar en nation med en lång historia av fotbollsförmåga.

Idag beskriver NimbRos mästare några av utmaningarna de ställdes inför när de designade sin elektroniska hjälte. Den ursprungliga designen var för 2017 års RoboCup i Nagoya, den första för maskiner i vuxenstorlek. Arbetet tyder på att även om robotiker har gjort betydande framsteg, finns det en enorm potential för förbättringar under de närmaste åren.

Hitta roboten: VM 2017:s vinnande lag

Först lite bakgrund. RoboCup började 1997 som ett sätt att testa olika framväxande teknologier relaterade till robotik, maskinseende, uppgiftsplanering och så vidare.

Men många läsare kommer att minnas turneringar där spelarna har varit mindre än spektakulära. Robotvärldscuper är i allmänhet ihågkomna för spelarnas klumpiga snubblande gång, deras komiska sammanblandningar och deras mänskliga mästares oro, som ofta tittar genom deras fingrar.

Dessa robotar har i allmänhet varit små, och ofta inte ens humanoida. Det beror främst på svårigheten att driva och kontrollera stora maskiner, särskilt av den tvåbenta sorten. Och hur som helst är att gå, springa och sparka med två ben bara några av många uppgifter som robotister måste lösa för att automatisera fotboll.

Med de snabba framstegen inom artificiell intelligens och robotik sedan dess är det lätt att föreställa sig att maskiner är inställda på att bemästra fotboll, precis som de har gjort med schack, Go och hur många Atari-videospel som helst.

Inte riktigt. På senare år har kraftfullare och effektivare ställdon gjort det möjligt att bygga vuxenrobotar som kan tävla i tävlingar i världscupstil. Ange NimbRo, en tvåbent robot byggd på mindre än sex månader för 2017 års turnering av Grzegorz Ficht och kollegor vid universitetet i Bonn i Tyskland.

Robotar i vuxenstorlek måste vara 130 till 180 centimeter (51 till 71 tum) höga. NimbRo är 135 cm lång och väger 18 kg (nästan 40 pund). Själva tävlingen omfattar en serie matcher mot enstaka motståndare följt av en final där den spelare som gör flest mål vinner. Det finns också en uppsättning tekniska utmaningar som att sparka en boll i rörelse, hoppa och återhämta sig från en knuff.

NimbRo har ett antal funktioner som gör den extra bra på dessa uppgifter. Framför allt är det enkelt, så delar kan enkelt underhållas och bytas ut. Robotens struktur har förenklats så mycket som möjligt för att bibehålla låg komplexitet, men behålla den funktionalitet som krävs när man spelar fotboll, säger Ficht och co.

Exoskelettet består av bara några enkla delar alla 3-D-printade av nylon. Genom att dra fördel av mångsidigheten med 3D-utskrift kunde vi utveckla en prisvärd, anpassningsbar, mycket kapabel, humanoid robot i vuxenstorlek på kort tid, säger teamet.

De flesta av delarna är symmetriska så att de kan användas på flera ställen. Detta minskar antalet reservdelar som krävs.

Vision kommer via en enda Logitech C905-kamera med ett 150-graders synfält. Data bearbetas av en inbyggd Intel NUC mini PC. Detta utför objektdetektering, robotlokalisering, uppgiftsplanering och ställdonstyrning.

Allt detta ger roboten ett antal fotbollsförmågor. Den måste kunna lokalisera och närma sig bollen, undvika hinder som andra spelare och sparka och dribbla.

NimbRo presterar bra. På fem matcher gjorde roboten 46 mål samtidigt som den bara släppte in ett. Det var i finalen mot en robot som, ganska föga smickrande, kallades Sweaty. NimbRo tog också 21 poäng i de tekniska utmaningarna, vilket gav den en klar seger. På RoboCup 2017 i Nagoya spelade våra robotar väldigt bra och vann fotbollsturneringen AdultSize med höga poäng, säger laget. Sedan i juni försvarade NimbRo sin titel i Montreal.

Det är intressant arbete som visar hur långt robotar har kommit i att utföra relativt komplexa uppgifter. Det finns dock många möjliga förbättringar.

Tillförlitlig balans är ett sådant område. Titta på något av spelen och du kommer att märka att varje robot följs nära av en människa vars uppgift är att fånga den om roboten skulle tappa balansen. Det stoppar onödiga skador. Men förmågan att falla och resa sig igen är en avgörande färdighet i alla fotbollsmatcher (och i många andra situationer).

Inte heller rör sig robotarna särskilt snabbt eller flytande. Deras gång kan bäst beskrivas som en böjd shuffle. Och deras fotbollskunskaper är i bästa fall rudimentära. Dessa robotar är ingen match för människor av någon förmåga. (Du kan se några höjdpunkter från 2017 års turnering här .)

Och det är därför snabb förbättring bör förväntas. Det finns säkert robotar i vuxenstorlek som kan balansera mer effektivt och gå eller springa mer flytande, som alla som har tittat på en Boston Dynamics video kommer att veta.

Robotar som denna skulle göra mycket mer formidabla motståndare. Det är bara en tidsfråga innan de ger sig ut på fotbollsplanen.

Ref: arxiv.org/abs/1809.04928 : Vuxna NimbRo-robotar vinner RoboCup 2017 Humanoid fotbollstävlingar i vuxenstorlek

Dölj