АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2003 ГОД

Пас на железного форварда

• Все журналы \ Номер 31/254 `2003 от 04.08.2003 \ Пас на железного форварда

Владимир ТКАЧУК vova.tkachuk@ua.fm

Футбол… Несомненно, самая популярная игра в мире. Он был игрой XX века и остается игрой двадцать первого. Азарт, динамика, накал страстей не оставляют равнодушными никого, даже роботов!

Лично для меня знакомство с Robot Soccer (soccer — с англ. футбол по правилам Национальной ассоциации футболистов Великобритании) началось с просмотра одного необычного матча, где в роли игроков выступали восьмисантиметровые двухколесные механизмы, гордо именуемые роботами, хотя как по мне, так они больше походили на мобильные кубики Рубика. Задачу тренеров исполняли компьютеры, беспрестанно отдающие команды своим подопечным посредством радиопередатчика и следящие за игрой при помощи цифровой камеры, установленной над миниполем. Перед самой игрой некий профессор довольно долго на английском языке рассказывал правила и классификацию такого рода игр, а также основы тактики и мотивации поведения кибер-игроков. К своему стыду должен признать, что слушал я тогда не очень внимательно, но позже решил все-таки несколько расширить свои познания в этой теме. Как основной учебник был использован Интернет, и в первую очередь из него удалось узнать, что в данный момент киберфутболом занимаются две организации: RoboCup (http://www.robocup.org) и FIRA (http://www.fira.net). Так как они довольно сильно отличаются друг от друга, познакомимся с каждой из них отдельно.

Первопроходцы киберфутбола

RoboCup — это международная исследовательская и образовательная инициатива. Целью проекта первоначально являлась проверка достижений робототехники и искусственного интеллекта в какой-то конкретной области. Причем организаторам хотелось, чтобы в этой области можно было применить и проверить довольно много различных технологий. Концепция киберфутбола была впервые озвучена в 1993 году. Два года длилась подготовка, и в августе 1995 года было объявлено о первой международной конференции по этой теме, а также о проведении первых матчей с участием роботов. В июле 1997 конференция и игры состоялись в Японии. Последующие соревнования в Париже, Стокгольме, Мельбурне и Сиэтле еще больше увеличили интерес к киберфутболу и привлекли многих новых участников. На данный момент для проведения игр существуют следующие лиги: симуляция (Simulation), лига для малых роботов (Small-size), лига для роботов средних размеров (Middle-size), лига четвероногих роботов (4-legged) и лига гуманоидных роботов (Humanoid). Главной целью и лозунгом организации является создание полностью автоматических роботов, которые могли бы играть в футбол наравне с людьми. Хотя RoboCupSoccer и является основным приоритетом RoboCup, организацией поддерживаются еще два проекта: RoboCupRescue и RoboCupJunior. Первый развивает направление, связанное с роботами, ориентированными на спасение людей в случае катастроф, цель второго — попытки привить роботам разнообразные навыки, свойственные человеку, не ограничиваясь одной только игрой в футбол.

Sony тоже не спят

Одной из лиг RoboCup, а именно той, в которой играют четвероногие «футболисты», полностью занимается японская фирма Sony (http://www.sony.com). В этой лиге все участники используют одинаковых роботов, предоставленных Sony. Различия между командами — лишь программное обеспечение, которое каждая из них пишет для своих роботов сама (и с его помощью, собственно, и добивается от роботов игры в футбол). Каждый робот-игрок является полностью автономным. Кроме основного двигательного механизма, он оснащен цветной цифровой камерой, гироскопами, измерителями ускорения, инфракрасными и контактными датчиками, разговорным устройством, а также стерео микрофонами. Программы управления пишутся на языке C++. Далее программа загружается в память робота. В каждой команде играет по три робота, основной задачей которых является забить как можно больше мячей в ворота противника.

LEGO — есть такая команда

Наряду с такими серьезными корпорациями, как Sony, компания LEGO (http://www.lego.com), которая зачастую ассоциируется лишь с детскими конструкторами, также заявила о себе на поприще Robot Soccer. В 1998 году в Париже на очередном RoboCup впервые были представлены роботы, собранные из комплектующих LEGO, для контроля над роботами использовалась система LEGO MINDSTORMS RCX. Компания хотела продемонстрировать, во-первых, что ее роботы — хорошие футболисты, не худшие, чем другие, более продвинутые и сложные, а во-вторых, что конструкторы LEGO подходят для того, чтобы в краткие сроки и с минимальными затратами создавать роботов, пригодных для решения широкого спектра задач. Еще одним достоинством таких роботов является сравнительно простое программирование их AI (искусственного интеллекта). А благодаря тому, что игроки полностью собираются из конструктора, заметно упрощается их дальнейшая модификация и адаптация под конкретные внешние условия.

FIFA в робототехнике

Теперь поговорим еще об одной известной организации, занимающейся киберфутболом, а именно, о Federation of International Robot Soccer Associations или сокращенно — FIRA. Основана она была в 1995 году профессором Корейского института передовых исследований и технологий (KAIST) Джонг-Хван Кимом (Jong-Hwan Kim), и первоначально носила название FIMA. Тогда предполагалось, что в игре будут принимать участие только маленькие роботы —Microrobot. Уже в 1996 году в KAIST был проведен первый Международный чемпионат по RobotSoccer. В том же году федерация получила свое теперешнее название FIRA. Сменой имени она, в первую очередь, обязана добавлению новых лиг, в которых проводятся игры, и тем, что в футбол начали играть не только маленькие, но также и очень маленькие роботы :-). Ну конечно, роботы побольше также получили право попробовать себя на футбольном поле. Итак, сейчас федерация признает следующие типы игр.

HuroSot — очеловеченная версия киберфутбола. Робот должен передвигаться посредством двух ног. Высота и ширина робота ограниченны соответственно до 40 см и до 15 см, ноги также не шире 15 см. Игра проводится на миниполе 220180 см. Признаюсь, что прототип робота-игрока меня не сильно впечатлил: слишком уж медленно он передвигается, поочередно перенося вес с одной ноги на другую. Правила проведения игр в этой лиге еще только разрабатываются.

KheperaSot — лига для негуманоидных роботов довольно больших размеров. Игра ведется двумя командами. В каждой команде должен быть один робот-игрок и до двух игроков людей. Робот должен быть полностью автономным, с собственной системой наблюдения и системой принятия решений. Людям разрешается ставить робота на игровое поле, активировать в начале каждого раунда в указанном судьей месте поля и забирать робота после окончания матча. Игра проводится на поле размером 13090 см. При этом футбольным мячом роботам служит желтый теннисный мячик.

MiroSot (Micro Robot Soccer Tournament) — лига, которая возникла первой и является сейчас самой популярной по версии FIRA. Матч играется двумя командами, в каждой из которой по три (в малой лиге) или по пять (в средней лиге, называемой также «королевской») робота. Один из роботов может выполнять функции голкипера. Кроме того, в каждой команде может быть три игрока Homo Sapiens: «менеджер», «инструктор» и «тренер». Во время игры их полномочия довольно ограничены: им разрешается только наблюдать за роботами. Управление же самой игрой производят компьютеры каждой команды. Компьютеры подключены к установленной над игровым полем цифровой камере, команды к роботам поступают посредством радиопередатчика. Для приема сигнала на каждом роботе установлена антенна. Стратегию своей команды люди закладывают в программу командного компьютера. Ввиду того, что сами роботы состоят, по сути, лишь из моторов и приемников сигнала, их линейные размеры не должны превышать 7.57.57.5 см. В качестве футбольного мяча используется оранжевый мячик для игры в гольф. Размеры поля для малой и средней лиг — 150130 см и 220180 см, соответственно.

NaroSot — лига для очень маленьких роботов. Правила похожи на те, что в «королевской» лиге MiroSot: в командах по пять роботов и по три человека, только здесь размеры «футболистов» ограничены куда жестче: не более чем 445.5 см. Эти малютки играют в футбол оранжевым мячиком для пинг-понга на поле размером 13090.

RoboSot — лига для роботов средних размеров, оборудованных собственной системой наблюдения. В каждой команде может присутствовать от одного до трех роботов-игроков. Один из них может быть вратарем. Роботы должны быть полностью или частично автономными. В случае частичной автономизации главный компьютер команды может быть использован для обработки визуальной информации, поступающей с камер роботов. Задачи трех участников людей те же, что и в предыдущих вариантах игры.

SimuroSot — этот вариант больше походит на нестандартную компьютерную игру, чем на киберфутбол. Футбольное поле, мяч и игроков заменяет одна программа-сервер, две программы-клиенты отвечают за стратегию действия каждой команды. Сам матч в трехмерном виде отображается на экране компьютера. Основная идея проведения такого рода соревнований: сравнение стратегии игроков, без привлечения специальных устройств (роботов). Игры проводятся в средней (5 игроков в команде) и большой (11 игроков) лигах.

Сейчас FIRA очень динамично развивается: изобретаются новые модели роботов, на основе федерации возникают региональные организации. Так, в прошлом году в Австрии был открыт клуб любителей RobotSoccer.

Анатомия и физиология

Конечно же, создать механического Зидана — это вам не раз плюнуть. Для проектирования хорошего робота-футболиста разработчикам необходимо решить целый ряд аппаратных и программных проблем. Если роботы задуманы как полностью автономные механизмы, то наиболее важными задачами являются:

восприятие объектов на поле, включая мяч, ворота и других роботов;

распознавание роботов своей и чужой команды (для этого используется различная раскраска верхней части роботов);

определение роботом своего местоположения на поле относительно других объектов;

общая тактика для роботов одной команды;

продумывание роботом своих действий;

предвидение действий роботов команды-противника.

Для разработки роботов, управляемых из общего центра, важным является:

определение местоположения роботов своей и чужой команды на поле;

определение направления движений и скоростей;

определения местонахождения мяча, его скорости и направления движения;

прогнозирование действий противника;

принятие плана действий сразу для всех роботов-игроков, учитывая их текущие скорости и направления движений.

Естественно, от качества решения всех этих проблем непосредственно зависит успех команды. Мне довелось быть свидетелем неудачной реализации AI роботов, когда в середине тайма один из игроков начал просто бестолково крутиться на месте. Так продолжалось до тех пор, пока в него случайно не угодил мяч, чем и вывел его из этого «ступора». Во время игры люди не имеют права вмешиваться, поэтому механические футболисты должны быть готовы сами решить любые свои проблемы.

Перспективы на будущее

С точки зрения науки Robot Soccer — это пример автономной системы с большим количеством модулей или «агентов». Такими «агентами» являются автономно работающие роботы, которые в тоже время действуют коллективно и скоординировано. Они могут самостоятельно устанавливать порядок выполнения доступных функций для достижения общей цели, обмениваться сообщениями и взаимодействовать между собой. Каждый робот должен не только контролировать свои действия, но также учитывать позиции других роботов, и конечно, местоположение мяча. Поэтому такая мультиагентная система может найти себе применение не только в играх, но и в реальных технических приложениях. Новая технология может быть использована, например, в развитии беспилотного транспорта. Такая транспортная система будет включать в себя много различных «агентов», которые будут распределять задачи между собой для достижения оптимального результата.

Подробней о киберфутболе, помимо сайтов http://www.robocup.org и http://www.fira.net вы можете узнать также на сайтахhttp://www.robotsoccer.at и http://www.iitk.ac.in/robotics.

Идёт загрузка...

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
Введите символы или вычислите пример: * Обновить