Der Goalie bin ig, dr Roboter

Sie heissen Kili, Fili, Thorin oder Dwalin, wie die Zwerge aus Tolkiens «The Hobbit». Auch ihre Grösse entspricht durchaus der von Zwergen. Aber anders als die Film- und Buchhelden bestehen sie aus Plastik, haben Augen, die in allen Regenbogenfarben leuchten, und ein Computerhirn. Und sie spielen Fussball, respektive sie werden von ETH-Studierenden programmiert, Fussball zu spielen. Um ihre Torgefährlichkeit zu unterstreichen, heisst das Fussballteam «Z-Knipsers». «Der Knipser ist derjenige, der im Strafraum auf Abstauber lauert und die wichtigen Tore macht», sagt augenzwinkernd Masterstudent Huub Heijnen, der am Projekt Robocup mitgearbeitet hat.

Ende vergangener Woche nahmen die Z-Knipsers und ihre Betreuer – acht Studierende und drei Doktorierende aus den Departementen Informatik, Elektrotechnik und Maschinenbau – den Weg nach Magdeburg unter die Räder, um erstmals am RoboCup German Open teilzunehmen. Dort traten sie in der Standard Platform League  (SPL) gegen acht andere Teams aus ganz Europa und dem Iran an.

«Für die Mannschaft war es ein aufregendes Erlebnis mit vielen eindrücklichen Momenten», sagt Khoa Nguyen, Doktorand am Automatic Control Lab bei Professor John Lygeros und Coach der Z-Knipsers. Ihre Roboter hätten selbstständig Aufstellung auf dem Feld genommen und tapfer um den Ball gekämpft. Leider hätten sie keines der vier Gruppenspiele gewinnen können. Der Lichtblick aber war, dass die Z-Knipser von Spiel zu Spiel besser wurden. An diesen Verbesserungen hätten die Studierenden jeweils bis tief in die Nacht hinein gearbeitet. «Die Roboter sind zielstrebiger zum Ball gelaufen, haben stärker geschossen und der Torhüter lernte eine neue Technik», berichtet Nguyen von den Fortschritten.

Die Z-Knipsers erhielten von der RoboCup-Gemeinde denn auch ermunterndes Feedback. Für die erste Turnierteilnahme sei die Leistung beachtlich gewesen. Das ETH-Team arbeitet erst seit knapp drei Jahren mit diesen Standard-Platform-Robotern. Im Vergleich zu anderen Teams, die seit einem Jahrzehnt am RoboCup teilnehmen, ist das wenig. Es fehlt den Z-Knipsers an Erfahrung, einen Wettkampf bestritten sie bis anhin noch nie.

Beim RoboCup der SPL-Kategorie treten alle Teams mit baugleichen Robotern an. Den Unterschied machen die Algorithmen, welche die Studenten programmieren und den Robotern via Netzwerk oder Wi-Fi-Schnittstelle in den Kopf einpflanzen. Da der Rechner im Kopf des Roboters etwa so leistungsfähig ist wie derjenige eines durchschnittlichen Smartphones, ist es eine Herausforderung, die Codes so schlank wie möglich zu gestalten. Sie müssen trotz begrenzter Rechenleistung effizient sein und das komplexe Verhalten sowie die Wahrnehmung der drahtlosen und autonomen Roboter regeln können. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Kicker über das Feld bewegt, ist ebenfalls programmiert. Fällt ein Roboter hin, sollte er selbstständig aufstehen können.

Für Gemma Roig, Doktorandin am Computer Vision Lab von Professor Luc van Gool und Betreuerin des ETH-Teams, sind die Fussballroboter ein ideales Lerninstrument, um den Studierenden verschiedene Konzepte der computergestützten visuellen Wahrnehmung und der Automation beizubringen.

«Zu Beginn spielten unsere Roboter wirklich schlecht, es war ein einziges Chaos auf dem Spielfeld», sagt sie. «Im vergangenen Jahr haben wir aber insbesondere beim visuellen System grosse Fortschritte erzielt, weshalb wir uns für eine Teilnahme entschlossen haben.»

Jedes Teammitglied erhielt eine bestimmte Aufgabe zugewiesen, beispielsweise einen Verteidiger oder den Goalie von Grund auf so zu programmieren, dass er sich bei einer Penalty-Situation richtig verhält. Eine weitere Aufgabe war es, das aktive Sehen und die Kopfbewegungen zu implementieren. Ein Teammitglied kreierte zudem eine Computersimulation, mit deren Hilfe die Roboter auf dem Bildschirm zu Höchstform getrimmt werden sollten.

An den Teilprojekten arbeiten Bachelor- und Masterstudierende. Für die meisten stellt dies ihre Semesterarbeit dar. Nach einer Saison scheiden die meisten aus dem Team aus. Damit das Know-how erhalten bleibt, betreiben die Z-Knipsers ein Wiki und eine elektronische Ablage, wo sie die Algorithmen und Programme aufbewahren.

Nach der vielversprechenden Premiere am RoboCup legen die Z-Knipsers die Latte für künftige Wettkämpfe höher. Das nächste Ziel für die Mannschaft ist die Qualifikation für die Weltmeisterschaft. «Bis dahin werden wir unsere Kicker weiterhin fleissig testen und Schwachstellen ausbügeln, vor allem punkto Selbstlokalisierung, Schnelligkeit und Schusskraft», resümiert Nguyen.