Voetbalrobots hebben nu een loepzuiver en dodelijk schot

Robotvoetbal

Het WK robotvoetbal begint. Het team van de TU/e toont hoe goed robots al zijn in positiespel, passing en scoren. Verslaan humanoïde robots in 2050 de menselijke wereldkampioen voetbal?

Het robotvoetbalteam van de TU/e speelt een oefenwedstrijd in een loods in Veldhoven. Merlin Daleman

De scheidsrechter, in dit geval een mens, roept: „Start!” Naast haar, op een knalgroen tapijt van 12 bij 18 meter, beginnen voetbalrobots heen en weer te zoeven. Al snel wordt duidelijk: dit belooft een ongelijke strijd te worden.

Drie teams zijn op een zaterdagochtend bij elkaar gekomen om met hun robots te oefenen, in een loods ergens in Veldhoven. Het is half twaalf. Nu speelt het team van de Technische Universiteit Eindhoven tegen dat van Robot Sports, een stichting die wordt gesponsord door het industrieel bedrijf VDL. Ze oefenen met een doel: de RoboCup, het jaarlijkse wereldkampioenschap robotvoetbal, staat weer voor de deur. Dit jaar vindt het plaats in Japan, van 25 tot 31 juli. Ze willen nog wat laatste verbeteringen doorvoeren. Om hun kans op succes te vergroten. Het TU-team was al wereldkampioen in 2012, 2014 en 2016.

Waarom, blijkt op het veld. De robots van het TU-team zijn sneller, agressiever, beter in positiespel. Ze passen strakker, hun schoten zijn hard en zuiver. Het is indrukwekkend. Binnen een minuut staat het 1-0. „Ai-jai”, kreunt een man van het VDL-team vanaf de zijlijn. „Dit gaat een slachting worden.”

Maar robotvoetbal? Is dat leuk? En heeft het enig nut?

Lees de officiële website van de organisatie achter de RoboCup, dan weet je genoeg. Ze ziet het evenement als hét instrument om de ontwikkelingen in robotica en kunstmatige intelligentie voort te stuwen. Ze vergelijkt het met het man-op-de-maan-programma in de jaren 60, ook zo’n landmark project. In dit geval moet er geen man naar de maan en weer terug, maar luidt het hogere doel: in 2050 zal een team van volledig autonome humanoïde robots het tegen de dan heersende menselijke wereldkampioen opnemen. En ervan winnen!

Bekijk hier hoe het robotteam uit Eindhoven wereldkampioen wordt

Dat juist voetbal is gekozen om de robotica en kunstmatige intelligentie vooruit te stuwen, is geen toeval. Voetbal is wereldwijd een populaire sport. Om het spel goed te spelen moeten de robots continu met elkaar communiceren, in een constant veranderende omgeving, en niet tegen elkaar aanbotsen. Precies wat ze moeten kunnen als ze zich in de toekomst tussen mensen, in het verkeer, in pretparken gaan bewegen. „Het voetbalveld is ook een mooie afgemeten ruimte om mee te beginnen”, zegt Lotte de Koning, die sinds drie jaar teamcaptain is van het TU-team. En dan heb je nog het wedstrijdelement, dat de ontwikkeling verder aanjaagt.

Grote sprongen verwacht

Autonoom zijn de robots in ieder geval al. Op het veld in de Veldhovense loods nemen ze alle beslissingen zelf. De mensen aan de zijkant – de meeste zitten aan tafels – kijken enkel toe. Intussen houden ze op computerschermen allerlei functies van de robots in de gaten die voortdurend worden ge-update. Zoals de status van de batterij, of ze aanvaller of verdediger zijn, of er balbezit is, waar de bal wordt waargenomen. Alles wordt opgeslagen. Mocht in het veld iets mis gaan, dan is dat in de logdata terug te vinden. En zo nodig te verbeteren.

Jaap Vos en Tim Kouters achten het „wel degelijk haalbaar” dat in 2050 een team van humanoïde robots van de menselijke wereldkampioen wint. Ze horen bij het team van chipmachinemaker ASML. Allebei verwachten ze de komende jaren grote sprongen op het gebied van batterijtechnologie, van kunstmatige intelligentie, van patroon- en objectherkenning, van de complexiteit van computerprogramma’s. „De robots communiceren nu nog via wifi, maar dat zal plaats maken voor spraak”, zegt Kouters, terwijl hij vanuit zijn ooghoeken ziet dat er op het veld een corner wordt genomen. Robot 5 van het TU-team passt strak naar nummer 4, die voor de goal staat. Hij draait weg van de tegenstander. Schot. 2-0. Teamcaptain Vos vult aan: „Je moet niet vergeten dat de RoboCup allerlei leagues kent, met hun eigen specialisaties.” Er is bijvoorbeeld een humanoïde league, met tweebenige robots. De teams die vandaag in de Veldhovense loods oefenen, doen mee aan de middle size league, die zich toelegt op samenwerking en strategie. Maar er zijn de laatste jaren ook leagues bijgekomen voor reddingsrobots, thuisrobots, industriële robots. Vos: „Als al die gespecialiseerde kennis uit al die leagues op een gegeven moment samen komt in één model, kan het hard gaan.”

„Vergeet ook niet dat alles open source is”, zegt De Koning van het TU-team. Na elk WK worden de nieuwste foefjes en verbeteringen openbaar gemaakt en uitgewisseld. Toch twijfelt ze over het doel voor 2050. Wat betreft het lopen, en evenwicht houden, hebben de robots nog een lange weg te gaan. „En de mens is mentaal nog zoveel flexibeler”, zegt De Koning. Wij anticiperen beter op variërende situaties, en halen informatie uit de lichaamstaal van anderen. Als een speler een gele kaart krijgt, wordt hij waarschijnlijk voorzichtiger, zegt De Koning. „Een robot niet. En zoiets als tijdrekken doet-ie ook nog niet.”

Maar De Koning ziet ook dat de robots al heel veel zijn verbeterd sinds het eerste WK in 1997. „Tien jaar geleden leek het nog op F’jes voetbal”, zegt ze. „De veldspelers raasden met z’n allen de bal na, en stonden steeds op een kluitje.” Het is de software waar volgens haar de grootste vooruitgang is geboekt. De algoritmes die de robots aansturen zijn slimmer en complexer geworden. „Denk aan strategie, waar een robot naartoe moet bewegen, het naar elkaar passen, nauwkeurig schieten.” Daarvoor is het nodig continu te weten wat je positie is in het veld, waar je medespelers zijn, de bal, de goal van de tegenstander. De robots communiceren dat onderling, via wifi. Samen vormen ze een beeld van het veld, en alles wat daarop gebeurt. De meerderheid kan daarbij de eenling overrulen, zegt De Koning. „Het kan zijn dat een robot een spookbal ziet. Bijvoorbeeld doordat er fel licht schijnt en de witte lijnen reflecteren. De robot kan dan door de medespelers gecorrigeerd worden.”

De robotkeeper mag uitschuifbare panelen gebruiken om zich maximaal 10 cm in één richting uit te rekken, maximaal één keer per 5 seconden. Merlin Daleman

Maar ook op het gebied van de hardware is er veel verbeterd, zegt De Koning. De robots kunnen sinds een paar jaar niet alleen meer vlak schieten, maar ook hoog of met een lobje. Er is een mechanisme ontwikkeld om de bal te controleren en ermee te dribbelen. „Sinds 2011 kunnen we ook achteruit dribbelen”, zegt De Koning.

Hoe goed de TU-robots inmiddels zijn, ervaart het VDL-team op het veld. VDL-teamlid Henk van Geijn, oud-Philips-medewerker, kijkt berustend naar de robots van de tegenstander: „Ze hebben een dodelijk schot. Elke kans is een goal. Hun position control en motion is bizar.”

Op zoek naar de dieptepass

Hij heeft het nog niet gezegd of robot nummer 3 van het TU-team zoeft op de tegenstander af die net aarzelend de bal vanaf de stip heeft opgepikt. Robot 3 maakt contact met zijn tegenstander, hij grijpt de bal met zijn metalen armpjes en rukt een paar keer. Hij pakt de bal af. Meteen draait hij, en passt de bal over ongeveer 5 meter strak naar robot 2. Die neemt de bal aan, rijdt een stukje, draait een kwartslag, en schiet, hard en loepzuiver. 3-0.

Dan wordt de wedstrijd stil gelegd. De batterijen van een aantal van de TU-robots zijn leeg. De Koning zegt dat ze nog het nodige wil verbeteren voordat de robots naar Japan worden verscheept. „We willen ze harder laten passen. En we willen de dieptepass implementeren. Die heeft niemand nog.” Ook werkt het team eraan om aanvallers nauwkeuriger op goal te laten schieten. „Nu schieten we nog vrij veel op de keeper.” Het zal haar laatste WK zijn, want dit jaar rond ze haar studie Werktuigbouwkunde af.

Het ASML-team heeft al plannen voor ná het WK. Het gaat een compleet nieuwe keeper ontwikkelen. Vos: „Wil je kans maken dan moet je een antwoord hebben op de TU-robots en hun vernietigende schot.” Die nieuwe keeper zal uitgerust worden met een zware accu en een verbeterd visueel systeem. „Zodat hij bloedsnel kan reageren.”

Hoe de voetbalrobot kan zien, bewegen, schieten en denken