Voor Tech United is ontwikkeling robotica vooral een spannend spel

Vanwege eerdere vertragingen geeft de scheidsrechter twintig seconden extra speeltijd. Dan staat Lieke Motors ineens voor het doel. In eerste instantie krijgt ze de bal niet lekker te pakken, maar dan krijgt ze ‘m toch onder controle en scoort! Het staat weer gelijk; dat betekent verlenging. Alles is weer mogelijk…  

Alles komt op die ene wedstrijd aan

“Die finale was zó spannend, die heeft ons jaren van ons leven gekost”, blikt Wouter Kuijpers, teamcoach en PhD’er werktuigbouwkunde aan de Technische Universiteit Eindhoven, terug. “We werken hier met het team een jaar lang naartoe en zijn tijdens het WK zelf vaak nog tot diep in de nacht aan het programmeren. Maar uiteindelijk komt alles op die ene wedstrijd aan.” Je zou denken dat de programmeurs precies weten wat ze van hun robots kunnen verwachten. Toch volgen ze de verrichtingen van Lieke Motors, Jackie Groenestroom en de vier andere dames vaak met ingehouden adem.

Autonome robots

De voetbalrobots waarmee Tech United deelneemt aan het wereldkampioenschap RoboCup, spelen volledig autonoom: zodra het fluitje van de scheidsrechter heeft geklonken, moeten ze alles zelf doen en kan het team alleen nog werkeloos toekijken. Moet er toch een mens het veld in, bijvoorbeeld omdat een robot een flinke klap heeft gekregen en het niet meer doet, dan levert dat strafseconden op. Het échte werk vindt dus buiten het veld plaats en draait behalve om software-ontwikkeling voor een belangrijk deel om mechanica. Wouter: “Vooral op dat gebied zien we nog veel kansen voor verbetering.”

Hoe het spel innovaties aanjaagt

Een zo’n verbetering heeft alles te maken met die bloedstollende finale van 2019. De Chinese robots zijn snel; de veldspelers van Tech United komen hen bijna niet voorbij. Dat gaat het team van studenten, PhD’ers en medewerkers van de TU/e niet nog een keer gebeuren. Ze werken daarom nu hard aan een robot met niet drie, maar acht wielen. Een soortgelijke robot wordt ook in een aantal ziekenhuizen getest. Hier kan hij straks ziekenhuisbedden voortduwen – voor verpleegkundigen doorgaans een (te) zware klus. Het is een mooi voorbeeld van hoe het spel innovaties aanjaagt, die in uiteenlopende werkvelden toepasbaar zijn.

Wereldmodellering

Een ander voorbeeld – dit keer op software-gebied - is de wereldmodellering (de visualisatie van het wereldbeeld van de robots) die is ontwikkeld om de tegenstander in de gaten te houden en alle mogelijkheden om te ‘passen’ (driehoekjes te maken) en scoren te zien. Dit model wordt ook gebruikt in een project met partners uit het bedrijfsleven, zoals Vanderlande en Lely. Hun doel: een robot ontwikkelen die zich probleemloos kan voortbewegen in een ruimte waar mensen, dieren of andere robots lopen of rijden.

Goede communicatie tussen de robots

“Uiteindelijk hebben we dat op een weinig spannende manier opgelost”, vertelt Wouter. “Door ervoor te zorgen dat de robots aan het begin van de wedstrijd richting het doel van de tegenstander staan. Vanaf dat moment houden ze hun bewegingen en draaiingen bij. Maar die ‘eenvoudige’ oplossing betekent wel een enorme aanpassing in de software. Pas na vier wedstrijden werkte alles weer goed; dan heb je heel wat in te halen.” Dat dit lukt en dat de finale tegen China uiteindelijk met 6 – 4 wordt gewonnen, is volgens Wouter vooral te danken aan het feit “dat we goed en snel kunnen passen en ruimte kunnen creëren op het veld.” Dat is vooral een kwestie van goede communicatie tussen de robots. Hoe dat werkt? Wouter: “Tijdens demo’s op scholen vertellen we dat de robots samen in een whatsappgroep zitten en elkaar voortdurend berichtjes sturen: ‘ik ben hier’. Ze delen ook continu met elkaar wat ze zien: de bal, de tegenstanders, elkaar enz.”

Topsport

Maar het zijn niet de robots die hier topsport bedrijven. Een week lang zijn de teamleden twaalf, soms zelfs veertien uur per dag aan het programmeren. “Dat heeft alles met het veld en de tegenstanders te maken”, legt Wouter uit. “Ons veld op de TU/e is vele malen kleiner, en daar zijn geen tegenstanders. Wat op de TU/e foutloos gaat, werkt op zo’n toernooi ineens niet meer. Je moet dus allerlei aanpassingen doen. Bovendien bedenken we tijdens de competitie voortdurend nieuwe dingen. We slaan alle wereldmodellen van een wedstrijd op en kijken die daarna terug: waar ging het mis, waar ligt dat aan en hoe lossen we dat op? Zo zagen we dat onze robots vaak niet kunnen passen omdat de Chinese robots dicht bij elkaar staan. Kunnen we daar dan niet tussendoor schieten, vroegen we ons af. Met een paar avonden tot diep in de nacht programmeren hebben we dat dan voor elkaar. En dan zien we weer wat anders…”

Opensource competitie

Enkele maanden na het toernooi komen alle teams bij elkaar en worden alle gegevens met elkaar gedeeld. Stilzitten is er vervolgens niet bij: de organisatie verandert elk jaar de regels van het spel en stelt hogere eisen. Het dwingt de teams om continu te innoveren. Hun uiteindelijke doel liegt er dan ook niet om: autonome robots ontwikkelen die in 2050 de FIFA-wereldkampioenen alle hoeken van het veld laten zien.

Zorgrobots Amigo, Sergio en Hero

“In dat jaar deden we mee met onze zelfgebouwde zorgrobots Amigo en Sergio,” licht Josja Geijsberts, teamcaptain en net afgestudeerd werktuigbouwkundige toe. “Met hen speelden we acht keer in de Open Standard League, wat wil zeggen dat je met elk soort robot mag meedoen. Tot vlak voor de finale ging het heel lekker. Toen ging Amigo’s grijper kapot bij het openmaken van de vaatwasser. Nul punten, geen finale, geen wereldbeker. En dat terwijl onze software perfect werkte.”

Met Hero speelt het team in 2019 voor de tweede keer in de Domestic Standard League. Dan heeft iedereen dezelfde robot en gaat het alleen om je software.

Verzorgenden werk uit handen nemen

Zoals veel van haar teamgenoten kwam Josja via een bachelorproject bij Tech United terecht. “Ik ben begonnen bij de voetballers, maar na een tijdje overgestapt naar de zorgrobots. Hier is meer ruimte voor creativiteit. Bij de voetbalrobots moet je je aan allerlei strakke regels houden en heel efficiënte code schrijven: één milliseconde kan het verschil betekenen tussen winst en verlies. Bij de zorgrobots draait het vooral om robuustheid. Straks moeten ze immers verpleegkundigen en verzorgenden werk uit handen kunnen nemen. Met Hero doen we nu al verschillende experimenten in zorginstellingen. Mijn droom: dat elke afdeling van zo’n instelling straks over een zorgrobot beschikt, en afhankelijk van de taak en voorkeur van de cliënt een robot of verzorgende inzet. Dat geeft de verzorgende meer tijd voor persoonlijk contact.”

Robot moet met onverwachte variaties kunnen omgaan

De opdrachten die de zorgrobots op het wereldkampioenschap moeten doen, mogen dan eenvoudig klinken, er komt heel wat bij kijken. Neem ‘mensen ontvangen’. De robot moet allereerst voortdurend weten waar hij is (lokalisatie) en moet zonder te botsen ergens naartoe kunnen rijden of een alternatieve route weten te vinden als een weg is afgesloten (navigatie). Daarvoor heeft hij onder andere een laser bij de ‘voet’ en een 3D-camera als oog. Verder moet hij een gesprekje met de gasten kunnen voeren (door te herkennen wat ze zeggen en daar een relevant antwoord op te geven), een lege plek op de bank detecteren, zodat hij mensen een zitplek kan toewijzen, elke gast het juiste drankje brengen en ga zo maar door.

Ook in deze competitie geldt dat zodra de robot de ‘arena’ inrijdt, het team niks meer mag doen. En dat de kleinste onverwachte variatie in omstandigheden einde wedstrijd kan betekenen: een meubelstuk dat verschoven is, een deur die op een kier staat, de herrie in de wedstrijdhal. Josja: “Dat maakt deze wedstrijden zo belangrijk. Om de robuustheid te creëren die nodig is in een ongestructureerde menselijke omgeving, is het cruciaal dat de robot (goed) met onverwachte variaties kan omgaan.”

Gaat het mis, dan weet het teamlid dat voor die opdracht verantwoordelijk is vaak precies wat er in de code aangepast met worden (bestand x, regel 37! ). Twee keer mag je een joker inzetten en de opdracht nog een keer doen. Dan houdt het hele team de adem in: doet Hero het dit keer beter? In Sydney gaat er verrassend weinig mis. Maar met het debacle van 2018 nog vers in gedachten, durft het team lange tijd niet op de overwinning te hopen.

Ik zit op de bank en wil graag een blikje cola

De finale is een open opdracht. Koren op de molen van Tech United. “Voor ons dé kans om een aantal vette ontwikkelingen te laten zien, die tijdens de opdrachten niet aan bod kwamen”, vertelt Josja. “Zo kun je Hero via je telefoon een berichtje sturen: ‘Ik zit op de bank en wil graag een blikje cola’, en dan brengt hij die cola. Je kunt ook tegen hem zeggen: ‘ik zoek een meisje van een jaar of 25 met een rood shirt’. En dan zegt hij: ‘Dan zoek je misschien Josja’. We hebben namelijk software voor persoonsherkenning ontwikkeld, waarbij de robot labels aan mensen hangt, zoals leeftijd, geslacht en de kleur van je shirt.”

Andere teams konden niet veel extra’s laten zien

Deze innovaties én het biertje dat Hero de juryleden brengt, bezorgen ook het zorgrobotteam van Tech United de wereldtitel. Josja: “We wisten dat als we maar eenmaal de finale zouden halen, de kans groot was dat we ook zouden winnen, omdat de andere teams niet zo veel extra’s konden laten zien.” De overwinning is volgens haar dan ook vooral een beloning voor de moeite die het team al tien jaar doet om zijn software generiek te houden. “We hebben er altijd rekening mee gehouden dat je hardware gaat veranderen. Alles wat we in in al die jaren voor Sergio en Amigo hebben ontwikkeld, kunnen we dus ook voor Hero gebruiken – ook al werkt die heel anders.”

Beide teams zien nu al uit naar een volgend wereldkampioenschap in 2021. De ontwikkeling van robotica is prachtig. Maar wereldkampioen worden is het allermooist.

Laatst bijgewerkt op 11 november 2020.