Hráč sa namiesto pohybu za loptou začal z neznámych príčin točiť

O tom, že v Nemecku tohto roku prebehli Majstrovstvá sveta vo futbale, vie asi každý. Menej známe však je, že zároveň si na svojich ihriskách zmerali sily roboti najlepších tímov sveta vo futbale robotickom. Malí kovoví hráči na kolieskach s elektrickým pohonom ovládaní umelou inteligenciou ukrytou v počítačoch vybojovali strhujúce zápasy v boji o titul majstra sveta. Na najvyššie priečky siahal aj slovenský tím z Technickej Univerzity (TU) v Košiciach.

Pre hru robotického futbalu je potrebné mať tri základné súčasti. Ihrisko, hráčov robotov a mozog, počítač, kde je naprogramovaná umelá inteligencia, ktorá ovláda pohyb hráčov. Najjednoduchšou súčasťou je ihrisko. Tvorí ho drevotriesková doska potiahnutá čiernou dýhou o rozmeroch približne 2 x 2,5 metra. Rozmery, čiary a mantinely sú presne definované medzinárodnými pravidlami. Podľa kategórie sa na hracej ploche pohybuje päť, alebo 11 hráčov za každý tím. To znamená 10, alebo 22 malých kovových mašiniek, ktoré sa snažia vhodným narážaním do loptičky dať súperovi gól.

Celé by to mohlo pripomínať relatívne jednoduchú zábavku, ale prekvapujúce je, že hráči sa nepohybujú na základe ľudských povelov, ale podľa rozhodnutia počítača, umelej inteligencie v ňom naprogramovanej. V košickom laboratóriu sa po drevotrieskovom ihrisku naháňa už tretia generácia robotov. V porovnaní s ľudským hráčom vyzerá robotický futbalista ako malá kovová hračka. Kocka s hranou sedem a pol centimetra a s dvomi veľkými kolesami na bokoch. Tie zabezpečujú celý pohyb mechanického hráča. Ale na pohľad jednoduchá konštrukcia je v skutočnosti dômyselným a do detailov prepracovaným zariadením.

Samotný zápas trvá dva krát päť minút. Semi a finálové stretnutia dva krát po sedem minút. To sú obmedzenia dané výdržou batérií. Veď roboty dosahujú maximálnu rýchlosť 3,2 metra za sekundu, čo je vyše 11 km/h. Čo sa týka konštrukcie "hráčov", ide o pôvodnú, originálnu výrobu pracovníkov TU. Niektoré súčiastky, ako napríklad motorčeky sa, samozrejme, kupujú. A v tomto prípade ide o poriadnu investíciu. Veď jeden motorček stojí cez päť tisíc a v každom robotíkovi sú takéto dva. Návrh a výroba nosnej časti a zapojenia elektronických obvodov je dielom členov tímu.

Výsledok závisí

od detailov

Pätica pracovníkov TU sa zúčastnila na Majstrovstvách sveta v robotickom futbale v Nemeckom Dortmunde po prvý raz. Proti sebe mali konkurenciu najprestížnejších dvadsaťjedna tímov z celého sveta. "Celý Dortmund žil futbalom," spomína na veľkú udalosť Ing. Jozef Svetlík, PhD. "Jednak ´živým´, ale aj robotickým, ktorý síce u nás nemá takú popularitu, ale vo svetových médiách mu bola venovaná patričná pozornosť. Pre nás osobne bolo veľmi zaujímavé môcť sa stretnúť s ázijskými tímami. Je to pre nás nová méta, nová kvalita. Veď s majstrami Anglicka, najlepšími z ich troch mužstiev, sme vyhrali 16:0. Aj to sme hrali pri nižšej rýchlosti, aby sme si ušetrili robotov na lepších súperov."

Pre úspech v hre je asi najdôležitejšie programovanie. Nasleduje mechanika robotov a elektronika. Programátor Marek však skromne tvrdí: "Všetky súčasti systému musia byť vyvážené. Mechanika, elektronika aj software." Samotný riadiaci program sa skladá z dvoch hlavných častí. Prvou je analýza video obrazu. To znamená rozpoznanie situácie na ihrisku z obrazu kamery. Kde sa ktorý robot nachádza, ako je otočený, kde je súper a samozrejme lopta. Druhou časťou je samotná herná stratégia, teda čo vlastne majú hráči v danej situáci robiť. Je niekoľko spôsobov ako počítač môže ropoznávať farby a pozíciu hráčov.

"Môj názor je ten, že jednoduchšie je lepšie a tak namiesto náročných neurónových sietí používame jednoduché algoritmy. Teoreticky sú na tom lepšie komplikovanejšie a ´múdrejšie´ systémy, ale v praxi je to často tak, že jednoduchšie veci fungujú lepšie." Ide totiž o čas. Aj v skutočnej hre ide o zlomky sekúnd a úspešnejší sú hráči, ktorí skôr zareagujú a nie tí, ktorí nad situáciou dlho rozmýšľajú, kým sa rozhodnú k činu. Pri hre robotov vstupuje do hry aj množstvo detailov, ktoré v živej hre nemajú taký význam. O aké drobnosti ide, napovie skutočnosť, že vnímanie ihriska počítačom ovplyvňuje aj prevádzková teplota kamery. Keď sa po zapnutí zohreje na prevádzkovú teplotu, charakteristika jej obrazu sa trošku, pre ľudské oko nepostrehnuteľne, zmení. Pre veľmi presné požiadavky programu to však môže znamenať problém a preto sa drobné dolaďovania a nastavenia systému povoľujú aj počas hry, presnejšie povedané v prestávkach.

Druhou kľúčovou úlohou, ktorú musí umelá inteligencia, schovaná v útrobách počítača zvládnuť, je samotná stratégia hry. To znamená, čo má ktorý hráč na ihrisku robiť. Aj keď je podobnosť so skutočnými tímovými hrami, ako futbal, hokej, či basketbal zrejmá, prístup jednotlivých tímov k tomuto problému sa výrazne odlišuje. Napríklad najsilnejší tím ICRO, ktorý predčil všetkých protihráčov kvalitou a hlavne rýchlosťou robotov, mal práve hernú stratégiu na nízkej úrovni, len preto skončil nakoniec na druhej pozícii. Naopak stratégia hry je silnou stránkou košičanov.

Prehrali "na penalty"

"Marek je okrem programovania aj veľký fanúšik športu, čo sa v jeho práci viditeľne prejavuje," vysvetľuje Jozef. "Má pripravených niekoľko herných plánov, ktoré aplikuje na rôzne štýly hry súperov. Napríklad je ideálne, keď sa obranca môže pohybovať v kolmej línii tak, aby bol vždy medzi loptou a bránou. Nemal by vybiehať po lopte, pretože by sa musel otočiť a v tom okamihu sa stáva veľmi zraniteľným. Na otočku potrebuje čas, rovnako na spätné otočenie do kolmého smeru, čo v prípade priečnej prihrávky súpera môže viesť k jeho ľahkému obehnutiu."

Toto môže vyzerať ako samozrejmé, ale zdanlivo jednoduchá situácia sa komplikuje vtedy, ak je lopta bližšie k obrancovi ako útočníkovi. Potom je lepšie vybehúť a nenechať ho priblížiť sa, alebo čakať na jeho útok... A práve naprogramovanie rozhodovania, čo je v konkrétnej situácii výhodnejšie je skutočným kumštom. Rovnako ako v skutočnej hre ľudských hráčov, ide o zlomky sekúnd a jednotlivé konkrétne chyby, ktoré zvrátia celkovo vyrovnaný zápas. Práve detaily rozhodujú o výsledkoch. "Masová taktika" ICRO-su, kedy sa všetky roboty bezhlavo vrhali do útoku a stádovite naháňali loptu, zapríčinila, jeho neúspech v boji o zlato.

Košičania v súboji o finále prehrali až v predľžení o jeden gól a nakoniec o 3. miesto s čínskym družstvom prehrali 1:2 v penaltách. Mimochodom, bolo to po prvý raz v histórii, čo rozstrel rozhodoval o poradí v robotickom futbale. "V súboji o 3. miesto s Čínou sme urobili dve chyby z piatich rozstrelov. Jedna chyba bola, že nám v počítači uplynul polčas a robot sa pri streľbe na bránu rozbehol opačným smerom. Druhá chyba bola pre nás záhadnejšia, pretože náš brankár sa namiesto pohybu za loptou začal točiť..."

Je to tak, že trestné strieľania ešte na majstrovstvách neboli. Takúto situáciu žiadny tím nikdy riešiť nemusel, takže to celé bolo o improvizácii. No a tá lepšie vyšla súperom. Súboje o najvyššie priečky v svetovej súťaži odhalili tiež jednu slabinu košického tímu. "Jedným z kľúčových miest určujúcich kvalitu robotov je povrch kolies. Je to rovnaké, ako v automobilovom športe. Auto bez kvalitných a vhodných pneumatík nemôže dosahovať dobré výsledky. Ak sme si doteraz mysleli, že sme v tomto dobrí, tak po tejto súťaži sme zistili, že máme čo zlepšovať. Kórejské roboty dosahovali oveľa lepšiu priľnavosť k povrchu, čo im umožňovalo rýchlejšie reakcie, zrýchlenie a spomalenie. My si vyrábame špeciálne obruče, ale oni sú v tomto ďaleko vpredu."

Prudko ku špičke

Začiatky robofutbalu na Slovensku sa prekvapivo datujú iba do roku 2003. To znamená, že stačili len štyri roky, aby sa z absolútnych nováčikov stali majstri európy, ktorí siahali na svetový titul! Svoj úplne prvý zápas hrali s požičanými robotmi. Išlo o exhibíciu s rakúskym tímom. Už nasledujúceho roku však nabudení Košičania mohli vyslať do boja svoj vlastný tím. Pri prvom veľkom vystúpení samozrejme "veľa vody nenamútili", ale získali neoceniteľné skúsenosti a oťukali sa. Ďalších necelých 12 mesiacov stačilo k tomu, aby sa z outsiderov vyšvihli pred užasnutými pohľadmi súperov na 4. priečku. No a konečne pri treťom vystúpení v európskej lige už nedali nikomu šancu a suverénne získali primát. To už bola slušná pozícia na postup do celosvetového klubu najlepších.

Celá činnosť pätice zanietencov prebieha popri ich práci na škole. Je to doplnok, ktorý v podobe koníčka spríjemňuje voľný čas a napľňa ambície členov tímu. Samotné majstrovstvá v robotickom futbale a činnosť tímov majú však praktický význam pre rozvoj celého odvetvia robotiky. "Aj keď hra nemá praktický význam, riešenie úloh a prekonávanie problémov, ktoré pri nej vyvstávajú, sa uplatňuje v praxi. Napríklad automatické rozpoznávanie objektov kamerou má využitie napríklad v priemysle pri automatickej kontrole kvality súčiastok. Pri rýchlom pohybe pásu s rovnakými súčiastkami je chybný, zlomený nepresný kus identifikovateľný kamerou napojenou na počítač, bez toho, aby celé hodiny musel človek osobne prezerať kus za kusom. A to je len jeden príklad z množstva."

Majstrovstvá sveta sa na budúci rok budú konať v USA, čo trošku koplikuje našemu tímu situáciu. Samozrejme by sa radi zúčastnili a získali cenný kov, veď na to majú, ale dôležitou úlohou bude zabezpečiť dostatok prostriedkov na vycestovanie. Predsa len ide o dlhšiu a nákladnejšiu cestu, ako do neďalekého Nemecka. Naopak potešujúcou správou je, že nasledujúce majstrovstvá európy sa uskutočnia na Slovensku, neďaleko Košíc v Herľanoch. Technická univerzita tu má areál, ktorý bude miestom obhajoby majstrovského titulu pre náš košický tím. Nenápadná, ale o to húževnatejšia práca v čele svetového technologického výskumu, zaodetá do zábavného hávu športového súboja, prináša svoje ovocie.

Dušan Kamenský

Autor: Nová výstava v Galérii KOS

Najdôležitejšie správy z východu Slovenska čítajte na Korzar.sme.sk. Všetky správy z Košíc nájdete na košickom Korzári