‘Voetbalrobots moeten in 2050 de menselijke wereldkampioen verslaan’
Gezellig naar het stadion of lekker voor de buis een wedstrijd kijken. De dames en heren van het Nederlands elftal hebben er neefjes en nichtjes bij: de voetbalrobots.
De gemotoriseerde versies van de Oranje Leeuwinnen, Jackie Groenestroom, Lieke Motors en Vivianne Wielema, namen al vijf keer de wereldbeker robotvoetbal, de RoboCup, mee naar huis. Universiteit hoofddocent René van de Molengraft en teamleidster van Tech United Ainse Kokkelmans verwachten dat voetbalrobots steeds populairder worden. “Ik denk dat we over tien jaar een kaartje kopen om naar robotvoetbalwedstrijden te gaan kijken”, zegt Van de Molengraft.
De hoofddocent Motion Control bij de faculteit werktuigbouwkunde aan de TU/e stond vijftien jaar geleden aan de basis van het robotvoetbalteam. Inmiddels zijn de Eindhovense voetbalrobots een begrip op de RoboCup. De jaarlijkse, internationale competitie waarin voetbalrobots van over de hele wereld tegen elkaar spelen.
Kokkelmans is nu ruim een jaar teamleidster van Tech United. Het meest bijzonder aan de voetbalrobots? “Alle deelnemende teams delen na de RoboCup hun opgedane kennis met elkaar zodat we samen verder kunnen innoveren. De ontwikkelde technologieën kunnen vervolgens ook op andere gebieden ingezet worden”, zegt ze. Bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van zorgrobots of autonome auto’s.
Wereldbeeld
Het robotvoetbalteam is de afgelopen jaren steeds verder verbeterd. De kegelvormige robots staan op drie wieltjes zodat ze te allen tijde alle kanten op kunnen rijden. Bovenop de robot zit een camera die via een bolspiegel om zich heen kan kijken. Daarmee herkent hij ook de lijnen op het veld, de tegenstanders, de medespelers en de bal. Met een camera aan de voorkant van de robot kan hij diepte zien. Door middel van een elektromagneet kan de robot de bal schieten. Om al deze onderdelen aan te sturen, heeft de robot een computer aan boord. “Van alle verzamelde gegevens maakt de robot een wereldbeeld”, legt Kokkelmans uit. “Dit delen alle robots in het team met elkaar zodat ze optimaal kunnen samenwerken.”
Strategie bepalen
Daarnaast communiceren de robots met elkaar en de scheidsrechter over het spel. De scheidsrechter geeft bijvoorbeeld signalen door bij een vrije trap. “Naast de computer staat er ook nog een menselijke scheidsrechter langs de lijn om de te kijken of de robots zich aan de regels houden”, vertelt de teamleidster. “Als de robots een overtreding maken, krijgen ze een gele of rode kaart. Zo moest wij het laatste WK met een robot minder spelen.” Op basis van de regels moeten de spelers ook een strategie bepalen. Hiervoor wordt kunstmatige intelligentie ingezet. “De robots herkennen een bepaalde spelsituatie en bepalen op basis daarvan een strategie”, gaat ze verder. “We willen ernaar toe dat de robots op het veld kunnen leren van de tegenstander en dat ze hun strategie daar meteen op aan kunnen passen.”
De robots moeten zelf kunnen beredeneren wat de beste strategie is op een bepaald moment. Van de Molengraft: “De robots denken na over een aanvalsformatie en communiceren met elkaar om dit voor elkaar te krijgen.” De situatie op het veld verandert heel snel, de robots ‘lopen’ ongeveer vier meter per seconde.
Optimaliseren
Tech United optimaliseert de robots door punten te geven aan een bepaalde situatie. “Stel een robot wil de bal passen, dan wil je dat de bal door de open ruimte gaat. Als de lijn die de bal gaat volgen dicht bij de tegenstander is, dan is dat geen goede positie om te passen. Dat zijn dus weinig punten. Als de bal door de open ruimte gaat, is dat een goede plek en een goed moment om te passen. Dat krijgt dus meer punten”, legt Van de Molengraft uit. “Zo leren de spelers steeds betere beslissingen te nemen.” De robots communiceren deze plannen ook met elkaar zodat ze echt als een team optreden.
Alle dynamische omgevingen
De algoritmen die de voetbalrobots gebruiken voor hun spel, kunnen ook voor andere toepassingen ingezet worden. Kokkelmans: “Voorheen werden robots voornamelijk ingezet in gecontroleerde omgevingen zoals fabrieken. Nu leven robots steeds vaker in een dynamische wereld waar mensen bewegen.” Het gaat bijvoorbeeld om zorgrobots die in een ziekenhuis werken of autonome auto’s die over de openbare weg gaan. Zij denkt dat de ontwikkelde technologie daaraan kan bijdragen. “Wij hebben nu de regels van het voetbal als onderliggende regels meegegeven aan de robot, maar dit kunnen ook andere gedragsregels zijn.”
Ook in het voetbal zelf zijn nog de nodige verbeterpunten. “De robots kunnen nog niet anticiperen. Mensen kunnen dat juist wel heel goed. Op basis van de beschikbare informatie, hebben mensen een verwachting van de toekomst”, legt Van de Molengraft uit. Voetballers kunnen dus al voorspellen wat er de komende paar seconden in het spel gaat gebeuren. “Als er vrije ruimte is op het veld kan een speler de bal daar naartoe schieten omdat hij weet dat een teamgenoot de bal door over een paar seconde aan kan nemen”, gaat hij verder. Tech United is de software om dergelijke beslissingen te nemen steeds verder aan het uitbreiden.
De derde dimensie
Kokkelmans vult aan: “We willen de robots slimmer laten nadenken over de wereld om hen heen. Nu specificeren we nog veel voor de robot, wat hij moet doen in een bepaalde situatie. Maar we willen ernaar toe dat de robot bijvoorbeeld snapt wat vrijlopen is en dat hij dat ook voortdurend doet. Zo krijgt hij meer vrijheid in creativiteit.” De voetbalrobots kunnen ook nog veel leren op het gebied van koppen – op weg naar de legendarische kopballen van Ronaldo – en de bal door de lucht passen. “Nu zien de robots het veld als tweedimensionaal vlak, terwijl de derde dimensie nog veel meer mogelijkheden biedt. Zo kan de robot bijvoorbeeld over de tegenstander heen passen en de bal koppen vanuit de lucht”, vertelt Van de Molengraft.
Het doel van de deelnemende teams aan de RoboCup is om in 2050 met voetbalrobots tegen de menselijke wereldkampioen te spelen en te winnen. “Binnen de competitie zijn verschillende leagues die allemaal een andere voetbalrobot ontwikkelen. Uiteindelijk willen die technologieën combineren tot een voetbalrobot die beter is dan menselijke spelers”, legt de teamleidster uit. Vanwege de uitbraak van het coronavirus kan de competitie dit jaar niet doorgaan, maar de teams hebben een leuke manier bedacht om toch tegen elkaar te spelen. Kokkelmans: “We zijn bezig met het maken van simulatoren om digitaal tegen elkaar te spelen en zo toch te kunnen oefenen.”
