heise online á c'tá iX á Technology Reviewá Telepolis á mobilá Security á c't-TVá Jobs á Kiosk [Image] [Image] [Technology Review] StŸrmer aus Stahl [22.06.2004 04:02] Als "Fu§ballroboter" beschimpften einige Kommentatoren die deutsche Nationalmannschaft bei der Fu§ballweltmeisterschaft 2002 in Japan. Womit gemeint war, dass sie spielten, als wŸrden sie stur einem vorgegebenen Programm folgen: hoch diszipliniert, effektiv, langweilig. Roboterfu§ball, so die verbreitete Meinung, steht fŸr Sport ohne Spa§. Wer so urteilt, hat wahrscheinlich noch nie wirkliche Roboter Fu§ball spielen gesehen. Denn dann hŠtte er erlebt, wie Teams und Zuschauer die Maschinen anfeuern. Er hŠtte mit den Akteuren auf dem Feld und ihren Konstrukteuren am Rand gefiebert und wŸsste: Roboterfu§ball kann irrsinnig Spa§ bringen. Es gibt dramatische Begegnungen wie das Endspiel in der Simulationsliga bei der letzten RoboCup-WM 2003 in Padua, das Erinnerungen an das legendŠre WM-Halbfinalspiel Deutschland gegen Italien von 1970 weckte. SpektakulŠre Dribblings bei den mittelgro§en Kickmaschinen sorgen ebenso fŸr Begeisterung wie die FallrŸckzieher der vierbeinigen Aibo-HŸndchen. FŸr kickende Roboter gilt grundsŠtzlich dasselbe wie fŸr Menschen: Das Spiel ist spannend, weil man nicht wei§, wie es ausgeht. Allerdings bezieht sich diese Ungewissheit Ÿber den Ausgang beim Roboterfu§ball nicht nur auf die einzelne Begegnung oder ein Turnier. Die in der internationalen RoboCup Federation organisierten Robokicker verfolgen auch ein langfristiges Ziel, das die besondere Faszination des Vorhabens ausmacht: Bis zum Jahr 2050, so die ehrgeizige Vorgabe, sollen menschenŠhnliche Roboter gegen Menschen um die Fu§ballweltmeisterschaft spielen - und gewinnen, nach den dann gŸltigen offiziellen Fifa-Regeln selbstverstŠndlich. Ist das zu schaffen? Die Experten sind geteilter Meinung. Raœl Rojas, der an der Freien UniversitŠt Berlin Informatik lehrt und die FU Fighters trainiert, zŠhlt zu den Skeptikern. "Es ist in der Informatik sehr schwierig, weiter als zehn Jahre in die Zukunft zu schauen", gibt er zu bedenken. "Alles, was darŸber hinaus geht, gilt als Sciencefiction." Bernhard Nebel, der mit dem CS Freiburg bei den mittelgro§en Robotern dreimal die Weltmeisterschaft gewonnen hat, ist dagegen zuversichtlich: "Wenn man mal 50 Jahre zurŸck in die Vergangenheit schaut und den damaligen Stand der Technik mit dem heutigen vergleicht, kann man sich vorstellen, dass das Ziel nicht všllig realitŠtsfern ist - auch wenn die heutigen humanoiden Roboter eher lŠcherlich wirken", sagt der Freiburger Professor fŸr KŸnstliche Intelligenz. FŸr seinen Kollegen Hans-Dieter Burkhard von der Humboldt-UniversitŠt zu Berlin kommt es vor allem auf den Versuch an. Selbst wenn die Roboter in 46 Jahren den Einzug ins WM-Finale verpassen sollten, sei die RoboCup-Initiative nicht vergeblich gewesen. "Hinterher sind wir in jedem Fall schlauer." Burkhard ist ein RoboCup-Veteran. Als einziger deutscher Teilnehmer ist er seit der ersten Weltmeisterschaft im Jahr 1997 dabei, gewann damals den Titel in der Simulationsliga. FŸr ihn ist der RoboCup auch eine neue Art, Wissenschaft zu betreiben, die nicht nur vom derzeitigen Erkenntnisstand ausgehend den jeweils nŠchsten Schritt plant. "Stattdessen setzen wir uns das Ziel in einer ferneren Zukunft und rechnen zurŸck", sagt er. "Wenn wir im Jahr 2050 mit Robotern die WM gewinnen wollen, mŸssen wir 2040 das Problem der Energieversorgung gelšst haben, mŸssen 2030 mit den Maschinen im Freien spielen kšnnen, darf es 2020 keine Bildverarbeitungsprobleme mehr geben. Von all dem gehen sehr kreative Impulse aus." Mittlerweile sind bereits mehrere tausend Wissenschaftler in etwa 35 LŠndern von der Idee des RoboCups infiziert und orientieren sich damit an einem Ziel, das vor allem dem VergnŸgen dient. In Zeiten, da sich die Forschungspolitik weit gehend der Profitlogik unterworfen hat, ist allein das schon bemerkenswert. NatŸrlich geht es nicht nur um Spa§. Klar ist: Maschinen, die Fu§ball spielen kšnnen - und sei es nur auf Kreisliganiveau Ð, meistern noch ganz andere Dinge. Beim Fu§ball entwickeln Roboter die grundlegenden Fertigkeiten, die dann auch in anderen Anwendungen zum Einsatz kommen kšnnen, etwa bei der autonomen Steuerung von Produktionsprozessen oder bei der Montage im Weltraum. UrsprŸnglich hatte der japanische Informatiker Hiroaki Kitano, der ma§gebliche Initiator des RoboCups, sogar an einen Wettbewerb gedacht, der sich gleich an konkreten Anwendungen wie Pflege oder Katastrophenhilfe orientieren sollte. Er erkannte jedoch schnell, dass sich die Aufgabenstellung dabei schwer fokussieren lie§e. "Deshalb hielt ich es fŸr eine bessere Strategie, an einem Spiel die grundlegenden Technologien zu entwickeln und sie dann auf andere Bereiche zu Ÿbertragen", sagt Kitano. Das Fu§ballspiel erwies sich als besonders geeignet, aufgrund seiner gro§en Dynamik, des erforderlichen hohen Grads an Kooperation, der eher geringen direkten Kšrperkonfrontation - und seiner weltweiten PopularitŠt. Das Runde muss ins Eckige, das versteht jeder. Und so bietet Roboterfu§ball auch Laien die Chance, die Fortschritte der Robotik von Jahr zu Jahr mitzuverfolgen. Die zeigen sich insbesondere im zunehmenden Tempo der Spiele. Immer weniger Zeit geht mit der Suche nach dem Ball und der Orientierung auf dem Spielfeld verloren, immer zielstrebiger werden die Bewegungen. Das hat Ÿberwiegend mit Verbesserungen bei der Software zu tun. So ist die Bildverarbeitung robuster gegenŸber €nderungen der LichtverhŠltnisse geworden. Beim Ermitteln der eigenen Position auf dem Spielfeld haben sich so genannte Monte-Carlo-Methoden etabliert: Statt einer exakten Positionsbestimmung, die zu rechenaufwendig wŠre, wird mit Wahrscheinlichkeiten gearbeitet. Der Roboter glaubt, an einer bestimmten Stelle zu sein und gleicht diese Vermutung stŠndig mit aktuellen Messwerten ab. Manche technischen Errungenschaften werden indes durch regelmŠ§ige Erschwerungen bei den Spielbedingungen kompensiert. So hat man zum Beispiel im Jahr 2002 bei den mittelgro§en Robotern die Spielfeldbande entfernt. Die hatte bis dahin die Selbstlokalisierung der Spieler erleichtert, weil die senkrechten WŠnde eine gute ReflexionsflŠche etwa fŸr Laserscanner abgaben. Inzwischen bestimmen fast alle Roboter ihre Position ebenso zuverlŠssig mit Hilfe von Kameras anhand der Linien und anderer Markierungen auf dem Spielfeld. Die meisten stŸtzen sich dabei auf eine omnidirektionale Kamera, die nach oben auf einen konvex hyperbolisch geschliffenen Spiegel gerichtet ist und dadurch stets das gesamte Spielfeld im Blick hat. Das Bild ist zwar verzerrt, doch das lŠsst sich durch die Software leicht herausrechnen. OmnidirektionalitŠt wird auch bei den Antrieben immer mehr zum Standard: Die Spieler beider Teams, die Anfang April bei den diesjŠhrigen RoboCup German Open in Paderborn das Endspiel bei den mittelgro§en Robotern bestritten, bewegten sich auf jeweils drei RŠdern, deren Reifen wiederum aus aufgereihten kleinen PassivrŠdern bestehen. Ein Rad, das quer zur Bewegungsrichtung steht, blockiert daher nicht, sondern rollt auf dem Kranz aus kleinen RŠdern. Dieses Prinzip, erstmals bei der WM 2000 vom italienischen "Golem"-Team eingesetzt, verlieh jetzt sowohl den Robotern des Teams "Persia" von der University of Technology in Isfahan als auch den "Brainstormers Tribots" der UniversitŠten OsnabrŸck und Dortmund eine hohe Beweglichkeit. Nur dank eines bildschšnen Dribblings, das in einer eleganten Kurve um die gegnerischen Verteidiger herumfŸhrte, konnten die Tribots die ansonsten ausgewogene Partie mit 1:0 fŸr sich entscheiden. Ob das bei der bevorstehenden Weltmeisterschaft noch einmal gelingt, ist fraglich. Denn die Iraner haben einen Trumpf noch nicht ausgespielt: Beim letzten WM-Turnier hatten sie am Rande der Spiele eine Technik demonstriert, die bei den mittelgro§en Robotern erstmals ein direktes Pass-Spiel ermšglichen kšnnte. Der den Ball annehmende Roboter weicht dabei geschmeidig zurŸck. Auf diese Weise soll das unkontrollierte Abprallen des Balls vermieden werden. Die Schwierigkeit besteht darin, das ZurŸckweichen genau auf die Geschwindigkeit des Balls abzustimmen - im Wesentlichen ein Softwareproblem. Bei den German Open verzichteten die Iraner auf den Einsatz dieser Technik. "Bis zur WM in Lissabon wollen wir aber so weit sein", sagt Teammitglied Reza Moballegh. In der Simulationsliga sind PŠsse, sogar DoppelpŠsse bereits gang und gŠbe. Bei den realen Robotern besteht die Kooperation der Spieler dagegen noch vornehmlich darin, sich nicht gegenseitig im Weg zu stehen. Auf dem Weg zum Fernziel des RoboCups wird es zunehmend zum Austausch zwischen den verschiedenen Ligen und teilweise auch zu ihrem Zusammenwachsen kommen mŸssen: Die realen Roboter lernen von der Simulation das Teamspiel, wŠhrend die virtuellen Spieler immer realitŠtsnŠher werden. Bei der diesjŠhrigen Robo-WM etwa soll in der Simulationsliga erstmals die dritte Dimension eingefŸhrt werden: Die Spieler, die bisher flache Scheiben waren, werden zunŠchst als Kugeln simuliert und sollen in Zukunft nach und nach menschenŠhnliche Gliedma§en bekommen. Auch die Schwerkraft wird jetzt in der Simulation berŸcksichtigt, sodass realistische dreidimensionale Flugbahnen des Balls berechnet werden kšnnen. Ein weiterer Meilenstein, der bei den mittelgro§en Robotern in naher Zukunft angepeilt wird, ist der Ersatz des bisher verwendeten orangefarbenen Balls durch einen normalen schwarzwei§ gemusterten Fu§ball. Das wird eine BewŠhrungsprobe fŸr die Bildverarbeitungssysteme. Denn die rasche und zuverlŠssige Identifizierung von Mustern ist komplizierter als die Farberkennung. Im Vergleich zu den anderen HŸrden, die es auf dem Weg zum Endspiel 2050 noch zu bewŠltigen gilt, sind das jedoch Kinkerlitzchen. Humanoide Roboter, die beim Laufen und Springen mit Menschen mithalten sollen, werden sich nicht mehr mit Elektromotoren, Getrieben und SeilzŸgen betreiben lassen. HierfŸr sind grundlegend neue, mit kŸnstlichen Muskeln ausgestattete Aktuatoren erforderlich. Roboter, die von der Fifa zugelassen werden sollen, dŸrfen auch keine zentnerschweren metallenen UngetŸme sein. Sie mŸssen Ÿber eine weiche, nachgiebige OberflŠche verfŸgen. Všllig offen ist bislang zudem, woher sie die Energie fŸr ein bis zu 120 Minuten dauerndes Spiel beziehen sollen. GegenwŠrtig werden sie mit gewšhnlichen Nickel-Cadmium- oder auch Blei-Akkus gespeist. FŸr die Roboter der Zukunft denken Experten an stark verbesserte Brennstoffzellen oder an "etwas noch Futuristischeres", sagt Kitano. Ein spannender Aspekt bei der Steuerung der Roboter ist die Bedeutung von Emotionen. Brauchen Kickmaschinen so etwas wie Torinstinkt, oder ist es fŸr sie ein Vorteil, všllig emotionslos zu spielen? Beim Menschen kšnnen Emotionen eine Quelle der Verunsicherung sein und zugleich eine ungemein effektive Form der Informationsverarbeitung, eine Art AbkŸrzung im Gehirn. Roboter kšnnen nicht auf jene Kraftreserven zurŸckgreifen, die durch BegeisterungsfŠhigkeit mobilisierbar sind. Ob sich das allein durch schnellere Prozessoren ausgleichen lŠsst, wie Kitano vermutet, muss sich erst zeigen. VorlŠufig lernen beim Fu§ball die Roboter von den Menschen. Es ist aber nur eine Frage der Zeit, bis in der umgekehrten Richtung ebenfalls Lernprozesse ablaufen werden. So wird vielleicht schon bei der WM 2006 ein neuartiges Ortungssystem zum Einsatz kommen, bei dem die Schienbeinschoner der Spieler und der Ball mit Sendern ausgestattet sind, die eine zentimetergenaue Positionsbestimmung erlauben. Das im Auftrag der Karlsbader Cairos AG entwickelte System ist in erster Linie zur UnterstŸtzung des Schiedsrichters gedacht, der dadurch genau wei§, wann der Ball etwa die Torlinie Ÿberquert hat. Quasi nebenbei erhŠlt man so aber auch die Bewegungsdaten eines Spiels in digitaler Form. Mit den Daten kšnnten Software-Agenten gefŸttert werden, die die Partie nachtrŠglich noch einmal durchspielen und unterschiedliche Spieltaktiken erproben. Gewiss werden solche, auf RoboCup-Technologie gestŸtzte Computeranalysen beim Spitzenfu§ball bald so selbstverstŠndlich werden, wie sie es bei der Leichtathletik heute bereits sind. Wenn dann eines Tages auch die humanoiden Roboter so weit sind, dass sie auf dem Rasen gegen Menschen antreten kšnnen, werden sie vielleicht tatsŠchlich "Roboterfu§ball" spielen: diszipliniert, effektiv, prŠzise - aber nicht langweilig. Ihre Gegner aus Fleisch und Blut werden gut beraten sein, ihnen nicht in gleicher Weise zu antworten, sondern sich auf spezifisch menschliche QualitŠten zu besinnen: Fantasie, Intuition, Spielfreude. Die Maschinen kšnnten so den Sport befreien. Es lebe der Roboterfu§ball! 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