«Спартаку» и «Зениту» на зависть: роботы-футболисты
С октября прошлого года в Московском физико-техническом институте существует студенческая команда робототехников «Старкит». В конце лета ребята съездили в Южную Корею и вернулись с медалями за третье место в соревнованиях «Спринт» и «Забег с препятствиями» в лиге Hurocup AdultSize чемпионата FIRA 2019. В 2019 году их роботы также приняли участие в соревнованиях по робофутболу – обыкновенному, с мячом и воротами, и успешно: 1-е место в Challenge Shield в лиге Standard Platform на RoboCup 2019 в Сиднее. Создатель и спонсор команды, выпускник МФТИ Азер Бабаев рассчитывает, что с этой маленькой группы студентов, увлеченно работающих над роботами-спортсменами, начнется история целой школы робототехники.
Спорт не главное
Робофутбол отличается от обычного в том числе организационно: для роботов не существует одной международной федерации. Вместо этого команды робототехников, как боксеры, соревнуются в разных лигах разных организаций. Самые влиятельные – RoboCup и Federation of International Robosports Association (FIRA). Что касается робофутбола человекоподобных роботов, проводятся матчи в пяти основных лигах: роботов собственного изготовления малого, среднего и большого размеров, лиге компьютерных симуляций и матчи Standard Platform League с гуманоидными роботами NAO. Часто федерации робофутбола попутно устраивают соревнования летающих роботов, автономных автомобилей, конкурсы проектов для спасательных и поисковых работ. Главное здесь вовсе не футбол, а робототехника, а мяч и поле используются только как удобная платформа для образования тех, кто этих роботов строит и обучает.
Впрочем, в качестве платформы хорошо работают и другие виды спорта: FIRA проводит соревнования по тяжелой атлетике (роботы поднимают маленькие пластмассовые штанги), бегу и даже стрельбе из лука. Но главный упор делается все-таки на командные виды спорта: они позволяют совершенствовать алгоритмы кооперации, которые крайне важны для создателей больших промышленных автоматизированных систем. В этом смысле футбол всего лишь приманка и тренировочная площадка для будущих разработчиков гигантских промышленных роботов, управляемых через интернет вещей.Главный зачет в робофутболе ведется по числу забитых и пропущенных командой голов, но бывают и отдельные технические соревнования. На соревнованиях FIRA, например, роботы соревнуются в устойчивости. По стоящему на полу роботу бьют грузиком, подвешенным на веревке. Выигрывает машина, выдержавшая удар самого тяжелого груза, выпущенного при самом большом отклонении от вертикали.
Кроме традиционных сражений команда против команды устраивают и дроп-ин-сессии – матчи, в которых все пять роботов с каждой стороны принадлежат к пяти разным командам. В этом случае ведется индивидуальный зачет, очки из которого позднее отправляются в командную копилку.
Для взрослых
Роботы-футболисты только выглядят забавно, на самом деле все очень серьезно. Судить об этом можно по опыту тех стран, в которых робофутболом занимаются уже не первое десятилетие, – Кореи, Франции, Германии. Этот опыт показывает, что интерес к робофутболу не проходит, как большинство детских увлечений. Из бывших студентов, начинавших программировать пасы и удары по воротам в середине 1990-х, выросли серьезные ученые; они защищают диссертации и сами становятся за университетскую кафедру, но продолжают учить роботов пинать мяч.
Сложнее, чем можно представить
«Робофутболом в МФТИ начали заниматься с расчетом создать вокруг него сильную команду робототехников и программистов (в том числе специалистов по искусственному интеллекту), может быть, целую научную школу», – рассказывает Сергей Семендяев. До сих пор робототехникой на Физтехе не занимались. Но даже сейчас желающих находится не так много: в команде всего двадцать человек – для вуза с шестью тысячами студентов и почти тысячей аспирантов это очень мало. Сергей считает, что потенциальных участников пугает сложность задачи.
«Я сам не сразу принял предложение заняться роботами, – говорит Сергей. – Понимаете, робототехника – это невероятно сложно, сложнее, чем можно себе представить. Вы ведь имеете дело не с виртуальным пространством, а с реальностью. В компьютерной симуляции робот может отлично бегать, а в жизни упадет. Именно поэтому роботы-футболисты пока не умеют ни прыгать, ни бегать. Они играют в футбол пешком, другие способы передвижения слишком сложны».
«Движения робота описываются сложной математикой, – продолжает объяснять Сергей, – у гуманоидного, например, 25 степеней свободы и 25 сервоприводов – это уже 50 нелинейных уравнений, но, даже решив их, вы вряд ли получите адекватную математическую модель. И дело не только в движении: сложны все аспекты работы над роботами. Писать нейросети для них совсем не то же самое, что просто писать нейросети. Наши футболисты большую часть информации получают с камер – а значит, они должны распознавать образы; этим занимается нейросеть – но такая, которая целиком поместится в бортовом компьютере, память которого ограничена».
Своя сборка
«Старкит» не единственная российская робофутбольная команда, есть и более успешные: команда Road Killer школы робототехники «Сфера знаний» из Челябинска даже победила в Корее в соревнованиях автономных беспилотных автомобилей. Но Road Killer – юниоры, а физтеховцы выступают в профессиональной лиге, и планы у них более амбициозные. Они хотят не только побеждать, но и делать собственных роботов.
Сейчас в МФТИ есть три типа роботов, каждый для выступлений в своей лиге. NAO в гладких пластиковых корпусах, Rhoban с оголенными сервоприводами и проводами и похожие на них роботы Kondo. Из них только роботы NAO не подлежат никаким модификациям: они участвуют в матчах лиги Standard Platform, в которых соперничают программисты, а не механики. Все роботы во всех командах лиги одинаковые, отличается только софт – распознавание образов, алгоритмы, управляющие движением роботов и их стратегией на поле.
А вот роботов Rhoban и Kondo менять можно и нужно, и в МФТИ этим занимаются настолько успешно, что разработчики оригинальных моделей интересуются у физтеховцев, как им удалось настолько улучшить вычислительную платформу. Более того, российская команда получила разрешение производителей роботов Rhoban собирать подобные самостоятельно – не для продажи, а только для игры и совершенствования.