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Selbstloser Torhüter Sepp bringt gegnerische Stürmer zur Verzweiflung

Freiburger Informatiker sind dreifache Weltmeister im Roboterfußball
Selbstloser Torhüter Sepp bringt gegnerische Stürmer zur Verzweiflung

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Freiburg ist dank des Sportclubs ein fußballverwöhntes Städtchen. Doch der erfolgreichste Fußball wird nicht im Dreisamstadion gespielt, sondern in den Hallen der Fakultät für angewandte Wissenschaften an der Albert-Ludwigs-Universiät. Cheftrainer des zweiten Dream-Teams im Breisgau ist Bernhard Nebel, Professor in der Abteilung „Grundlagen der künstlichen Intelligenz“. Er und seine Forscher sind dreifache Weltmeister im Roboterfußball.

Jörg Ruch ist freier Journalist in Emmendingen

Der Gegner stürmt über die linke Flanke. Sepp beobachtet ihn genau, bringt sich in Position. Der Gegener schießt, doch Sepp stellt sich dem Ball in den Weg, verhindert das Tor. Nach dem Finale der German Open der Roboter-Fußballer in Hannover sagt Sepps Trainer Thilo Weigel: „Sehen Sie sich mal unseren Torwart an, was der einstecken musste.“ Weigel ist im „Nebenberuf“ wissenschaftlicher Assistent am Institut für Informatik an der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg. Nach Jahren, in denen die Kicker-Robbies vom CS Freiburg unter Cheftrainer Prof. Bernhard Nebel unschlagbar schienen, unterlagen sie dem Philips-Werksteam. „Die waren uns in Sachen Hardware weit überlegen, hatten eine gewaltige Schussvorrichtung“, klagt Weigel. In der Tat, der verbeulte Sepp legt ein eindrucksvolles Zeugnis von der brachialen Schussgewalt der Philips-Kicker ab.
Gut 17 kg wiegen die Fußballroboter, die auf der Pioneer-I-Plattform von Active-Media basieren; die Finalgegener von Philips brachten fast das doppelte Kampfgewicht auf die Waage. Mit Videokamera, Laserscanner und Kickvorrichtung werden die Roboter fußballtauglich gemacht.
Weltmeisterschaft ist Woodstock für Informatiker
Das Herzstück der Freiburger Mannschaft aber sind die Programme, mit deren Hilfe die Blechkicker den Ball ins Tor treiben – und vor allem gegnerische Tore verhindern. Die kompakte Freiburger Abwehrarbeit und wenig Gegentore, erzählt Weigel, hätten in der Vergangenheit schon so manchen Gegner zur Verzweiflung getrieben. „Wir spielen mit einem Libero und einem Stürmer“, erläutert der Wissenschaftler, „und der dritte Feldspieler entscheidet je nach Spielsituation, ob er sich in den Angriff einschaltet oder die Abwehr verstärkt.“ Mit Spielkultur und taktischer Raffinesse den Erfolg suchen – das klingt doch sehr nach Dreisam-Stadion und Finke-Philosophie. Haben die Universitätsforscher sich da vom Bundesligisten inspirieren lassen? „Nein, das ist Zufall“, lacht Weigel. „Wir sind nun mal Informatiker, und von daher Spezialisten für die Software.“
Der Weg zur Meisterschaft beginnt für die Blechkicker mit grundlegenden Aufgaben. „Die Frage: ,Wo bin ich eigentlich?‘ ist für Roboter schon ein zentrales Problem“, erklärt der Forscher. Solch elementare Orientierungsfragen treten auch bei den zweibeinigen Kollegen auf, wie einer von ihnen mit seiner karrierebezogenen Aussage „Madrid oder Mailand, Hauptsache Italien“ demonstrierte. Für Roboter ist es aber schon ein Kunststück, sich auf dem knapp 50 m2 großen Spielfeld zurechtzufinden.
Als Auge dient ihm dabei ein Laserscanner der Waldkircher Elektronikfirma Sick AG, die auch den Kickmechanismus gebaut hat. Mit Hilfe des Scanners tastet der Roboter permanent ein 180° breites Sichtfenster ab. Die Daten vergleicht er mit den früher gesammelten und berechnet daraus seine aktuelle Position auf dem Platz und die Aufenthaltsorte der Gegen- und Mitspieler. So gelangt jeder Roboter zu einer eigenen Einschätzung der Verhältnisse auf dem Spielfeld, einem lokalen Weltmodell. Diese Daten leitet er an einen zentralen Server weiter, auf dem die verschiedenen lokalen zu einem globalen Weltmodell verschmolzen werden. Das globale Bild dient dazu, Fehlwahrnehmungen der einzelnen Spieler zu korrigieren. Manchmal setzt sich ein Roboter aber auch über die globalen Daten hinweg. Wenn ihm die Teamkameraden beispielsweise signalisieren, dass der Ball direkt vor seinen Rädern liege, er auf dem Videobild aber nichts finden kann. „Dann vertraut der Spieler natürlich auf seine eigene Wahrnehmung“, beschreibt Weigel.
Ganze Diplomarbeiten beschäftigen sich mit dem Problem, wie ein Roboter in einer Kurve zum gegnerischen Strafraum zieht. Weil die mechanischen Spieler den Ball vor sich her schieben, muss jede Bewegung mit einer allmählichen Beschleunigung verbunden sein; ein Bremsen, und der Ball rollt spielerlos davon.
Noch schwieriger wird die Aufgabe, wenn sich auf dem Spielfeld Hindernisse tummeln. Die Herausforderungen, die die Informatiker dabei bewältigen müssen, öffnen den Forschern auch schon mal die Augen für die Überlegenheit des menschlichen Zentralprozessors. „Sich zu orientieren, zu bewegen, auszuweichen, das sind eigentlich tolle Leistungen, und der Mensch macht das quasi mit dem Rückenmark“, stellt Weigel anerkennend fest.
Die menschlichen Leistungen sind es, die den Freiburger Forschern als Ansporn dienen. Und die langfristig auch in einer industriellen Verwertbarkeit der Erkenntnisse münden sollen. Forscher Weigel nennt das Ziel: „Wir wollen die menschliche Umgebung nicht zu einer Roboter-Umgebung modifizieren, sondern die Roboter für die menschliche Umgebung tauglich machen.“ Und in einer menschlichen Umgebung treten nun mal unerwartete Hindernisse auf. „Ein normaler Lagerhallen-Roboter fährt in solche Hindernisse einfach rein oder bleibt bestenfalls davor stehen. Ausweichen und Umfahren sind eine ganz andere Herausforderung“, so Weigel.
Die industrielle Verwertbarkeit der Ergebnisse ist allerdings nicht kurzfristig zu erwarten. „Wir betreiben hier Grundlagenforschung“, sagt der Wissenschaftler. „Das Schöne an einer Universität ist ja, dass man sich nicht um Patente bemühen muss, sondern als Teil der Forschungsgemeinschaft Ideen mit anderen austauschen kann.“
Das wirkt sich auch auf die Turniere aus, die als direkte Vergleichsmöglichkeit zwischen den unterschiedlichen Entwicklungsansätzen dienen. Trotzdem hält sich die Konkurrenz in kultivierten Bahnen, und wenn es klemmt, hilft man sich auch gegenseitig mit Ersatzteilen aus. „Da sind wir wie eine große Familie“, schwärmt Weigel und ergänzt, dass „die Weltmeisterschaft das Woodstock für Informatiker ist.“
Zumindest, bis die Kicker auf den Rasen – der in diesem Fall ein grüner Teppich ist – getragen werden. Spätestens dann geht auch mit den kühlsten Programmierern der Fußballcoach durch, und aus dem Informatik-Standardproblem wird ein fesselndes Spiel. Die Blechkameraden werden zu Hoffnungsträgern oder Sorgenkindern, und die Trainerväter bangen und zittern, ob ihre Schüler all das richtig umsetzen, was sie ihnen beigebracht haben.
Nach dem Anpfiff ist ein menschliches Eingreifen nicht mehr erlaubt, und die Jungs auf dem Platz sind sich selbst überlassen. „In diesen Momenten geht´s mir wie jedem F-Jugend-Trainer, der seinen Spielern vorher eingebläut hat: Du hältst die Position und du gehst nicht über die Linie“, erzählt Weigel und wippt auf seinem Stuhl. „Man schwitzt und leidet, und wenn ein Roboter einen gelungenen Spielzug zeigt, dann denkt man: Oh, das hast du aber schön gemacht!“
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