Роботы-футболисты из Долгопрудного стали примером для сборной России

С этого года в России должен стартовать ежегодный международный чемпионат по битве роботов. На разработку концепции и регламента уйдет месяц, после чего поручение спустится в вузы, где, видимо, и начнут создавать искусственных гладиаторов нам на потеху.

Но это решение правительства РФ не стало неожиданностью для Физтеха, чья команда роботов Starkit в конце апреля заняла второе место на открытом чемпионате Ирана по робофутболу RoboCup Iran Open 2023. Кстати, это не было расценено как успех, ведь в 2021 году Starkit стала чемпионом мира, а в 2022-м, после того, как нас не допустили на RoboCup, вызвала фурор на турнире в дружественной Бразилии, где разгромила большинство иностранных соперников всухую с крупным счетом, а в финале - и хозяев поля 6:0.

Чемпионат как полигон

Вывести на поле команду из роботов и заставить их полностью самостоятельно играть в футбол - решить такую задачу предложила в начале 90-х группа японских профессоров. Возникла Федерация робофутбола, и в 1996-м на поле вышли первые команды. Робофутбол, по сути, - соревнование ученых и инженеров по робототехнике, искусственному интеллекту, программированию и не только.

- Робофутбол - красивая обертка для сложных задач, - говорит аспирант Физтеха и капитан Starkit Владимир Литвиненко. - Чтобы механизм сам играл, он должен воспринимать пространство, понимать, где он находится, принимать решения, "договариваться" с партнерами. Поле - это полигон для исследований.

Поэтому и команды-участницы чемпионата мира среди роботов, проводимого федерацией RoboCup, это команды университетов. В Китае одна из сильнейших - команда Чжэцзянского университета, в Японии - CIT Brains из института Чиба, во Франции есть команда университета Бордо. Команда Starkit, созданная в 2018 г. на базе Лаборатории волновых процессов МФТИ, - в числе мировых лидеров. С 2019 г. она выиграла большинство турниров RoboCup, в которых участвовала, включая чемпионат мира.

Вижу поле

Робофутболист - это угловатый механизм на двух ногах с двумя руками, его голова - это две камеры, на спине - компьютер с заложенными алгоритмами, управляющими роботом на поле.

Мы с Владимиром Литвиненко стоим на искусственном газоне в лаборатории на 1-м этаже корпуса Физтех-Био в Долгопрудном. В руках у капитана робот SAHR v1, разработка Физтеха с лучшими в Humanoid League, в которой выступает Starkit, характеристиками - скорость 35 см в секунду при весе 5,5 кг и росте 64 см. У него сильный удар, система стереозрения, позволяющая видеть все поле и определять свое место на нем. Но сейчас номер 4 своими стереоглазами не разглядел ногу Галии Хамидуллиной и наступил на нее, пока третьекурсница факультета аэрокосмических технологий чинила сервопривод на шее другого игрока - электронной "мышцей", поворачивающей голову робота.

Машины беспомощно топчутся на газоне, мало что видя вокруг себя: в лаборатории не такое яркое освещение, как в иранских залах. Гуманоиду нужен постоянный свет, он в принципе не может играть в футбол на улице, где то солнце, то облака. Сейчас его перенастроят на привычное освещение, но одна из текущих задач Лаборатории волновых процессов - убрать эту зависимость.

"Система компьютерного зрения робота-гуманоида для задач робофутбола" - так звучит тема диплома участника команды Семена Панова, в котором он предлагает решение проблемы. Робот должен быть максимально автономен с того момента, как его запустили.

В комнате - доска с изображением поля, расчерченного пунктирными линиями. Перед игрой определяется ее стратегия в зависимости от соперника: роботов "заряжают" на дальние удары, игру в пас или обводку. В перерыве стратегию можно менять - пока коллеги меняют батареи игроков.

В команде у каждого свои функции: одни отвечают за компьютерное зрение, другие - за движение, третьи специализируются на взаимодействии модулей игрока. Это уже второе поколение Starkit - студенты, узнавшие о команде еще школьниками на экскурсиях по институту, кого-то привели друзья. Через пару лет и они поведут в лабораторию школьников: эта игра была затеяна и для привлечения интереса к робототехнике.

Не борьба, а партнерство

Пока это футбол маленьких детей. Игроки неловко подходят к мячу, бьют, после замаха могут упасть. Падают и просто столкнувшись с соперником. Встают, крутят головой в поисках мяча, не спеша идут в атаку. Но и в случае столкновений, и когда вратарь бьет по своим воротам, а защитник вдруг уходит с поля, виноваты не футболисты, а программист, у которого засбоила программа, помогающая избежать таких срывов.

Робофутболист при весе 5,5 кг и росте 64 см может развить скорость до 35 см в секунду

Если нужного алгоритма у команды нет, он может получить его от победившей в матче команды, подняться на новую ступень, а победители будут придумывать что-то новое, чтоб потом снова им делиться. RoboCup - это не столько борьба, сколько партнерство, лига и была организована ради того, чтобы роботы становились совершеннее. Физтехи, например, после финала в Буэнос-Айресе предоставили проигравшим свои решения по конструкции машин.

Возможно, подобные решения есть и в дипломе Семена Панова или в кандидатской диссертации Владимира Литвиненко о современных подходах к генерации движения.

...Первыми робофутболистами в 1996 году были 4 собаки, бегавшие по гладкому полю. Роботы нового поколения будут выше, быстрее, прыгучее, устойчивее нынешних. Правила игры будут приближаться к шаблонам ФИФА. Ведь главная идея создателей турнира RoboCup - собрать к 2050 году команду роботов-футболистов, которые обыграют чемпионов мира - людей.

Регламент

В каждой команде по четыре робота

RoboCup - ежегодное международное соревнование по робототехнике, основанное в 1996 году. Цель - продвигать исследования в области робототехники и искусственного интеллекта. Робофутбол считается наиболее технически сложным видом состязаний. Кроме него в RoboCup есть соревнования по танцам роботов, конкурсы бытовых роботов, роботов-спасателей, промышленных роботов, роботов-симуляторов.

Игры робофутболистов проходят на поле 9 x 6 метров с искусственной травой. В ворота высотой 110 см и шириной 180 см надо попасть мячом весом 200 г, это стандартный сувенирный мяч FIFA. В каждой команде по четыре робота: вратарь и три полевых игрока. Играют два тайма по 10 минут.

Камеры могут стоять только в голове робота и в количестве не более двух. "Шею" запрещено поворачивать больше чем на 90 градусов. Тренерскому штабу запрещено выходить на поле во время игры, если у робота вдруг сядет батарея или произойдет сбой программы. Только если робот сломался и мешает игре, судья разрешит убрать его с поля.