Отгремел Чемпионат Мира по футболу 2022 («болели» за Аргентину?) и снова всплыл вопрос, которым задаются многие люди с тех пор, когда первый робот смог пнуть «ногой» по мячу: «Когда же роботы будут играть в футбол наравне с людьми?».

Мы попросили поделиться своими мыслями Азера Бабаева, главного конструктора лаборатории гуманоидных роботов МФТИ, члена национального комитета RoboCup, представитель FIRA от России, руководителя кружка гуманоидных роботов в Физтех-Лицее, генерального директора компании «Мастернэт» и просто интересного собеседника. Предоставляем ему слово.

Что такое робофутбол?

Робофутбол, это очень широкое понятие, в него входят практически любые активности, связанные с роботами, которые пытаются взаимодействовать с мячом на игровом поле.

Широкое, потому что роботы, на данный момент времени, не являются достаточно совершенными и не могут воспроизвести один в один игру в футбол, как это делают люди. Поэтому используются определенные допущения и приближения к этой игре, в зависимости от вида играющих роботов. А так как традиция играть в футбол роботами зародилась порядка 20 лет назад и тогда не было гуманоидных роботов, которые могли бы с этим справиться на уровне человека, то и первые роботы не имели не то, что головы или рук, но и ног.

Современное же определение Робофутбола возникло после того, как искусственный интеллект обыграл чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова. Тогда возникла идея построить таких роботов, которые смогут выиграть в футбол у чемпионов мира по версии ФИФА. Срок такого матча назначили на 2050 год. И эта идея стала девизом федерации RoboCup и является задачей-максимум для всех, кто занимается робофутболом.

Изначально же в футбол играли колесными роботами, потому что их легче сконструировать, легче запрограммировать, и они могут быть разных размеров: от настольных, до тех, которые по своей массе уже приближаются к массе человека и требуют соизмеримых с реальными размеров игрового поля.  Эти роботы имеют средний вес в 20–30  килограммов и они уже почти что наравне с людьми играют в футбол. Но колесные роботы – это лишь промежуточный этап к гуманоидным роботам.

Структура соревнований

Кроме RoboCup, существует также вторая федерация робофутбола – FIRA. Она зародилась в Корее. По мере расширения самого робофутбола стали появляться различные лиги, такие подразделения внутри федераций, в которых стали участвовать различные виды роботов. Высшим приоритетом обеих федераций является футбол гуманоидных роботов, и такая лига есть в каждой из них. Для школ, кружков или для начинающих команд «легким стартом» в робофутболе будут конечно же колесные роботы. Но надо держать в уме, что когда-нибудь ваша команда сможет дойти до такого уровня квалификации, когда вы сможет перейти в лигу гуманоидных роботов. И к этому надо стремиться!

FIRA по численности участников примерно в два раза меньше чем RoboCup и она постепенно уходит непосредственно от футбола, больше смещаясь к олимпийским соревнованиям роботов в разных дисциплинах. Поэтому наиболее авторитетной федерацией сейчас является RoboCup, куда входят команды из 50 стран. И главным событием в каждом календарном году является чемпионат мира по футболу среди роботов.

Он собирает до трех тысяч участников и до 200 тысяч посетителей и очень похож на реальный чемпионат с командами и болельщиками. Проходит чемпионат на протяжении недели, но в отличие от «людского», завершается симпозиумом. Симпозиум — это мероприятие, в котором команды, занявшие победные места в чемпионате, рассказывают о своих  разработках, которые помогли им это сделать. Таким образом происходит обмен знаниями, и идет развитие самих роботов.

А так как это научный симпозиум, то доклады на нем расцениваются так же, как публикации в международных научных источниках. Так как основные участники чемпионата — это учебные заведения, такие как университеты и школы, то для студентов и аспирантов это отличный шанс получить еще и дополнительную публикацию себе в список. Аналогично проходит мировой чемпионат FIRA, но число участников там поменьше: примерно полторы тысячи.

Важным моментом является еще и то, что на симпозиум приезжают не только участники, но и исследователи без команд, технологии которых применяются в соревнованиях. И это также позволяет улучшать алгоритмы и технологии, но уже и вне самих соревнований.

Каждая из этих федераций также имеет подразделения  в странах, где развивается робофутбол. В России существует национальная российская структура RoboCup. В основном это представители университетов, которые готовят у себя команды для участия в соревнованиях по правилам RoboCup. Сами соревнования начинаются с региональных этапов, а затем лучшие участники приглашаются на национальный российский этап RoboCup. Как правило он проводится в Томске.

Влияние на соревнование текущей международной ситуации

Система соревнований по правилам RoboCup никуда не делась несмотря на то, что мировая федерация RoboCup в марте этого года потребовала, чтобы российские команды отказались от участия во всех международных соревнованиях. К сожалению, в робофутболе есть команды, которые изначально были ориентированы на международных соревнованиях и у которых сейчас возникли определенные проблемы из-за этого.

Если брать Лигу простых колесных роботов, которые могут собрать даже школьники в своих кружках из простых материалов, в том числе из LEGO, то таких команд может быть очень много в России, и внутри страны у них есть возможность соревноваться друг с другом и расти за счет этого.

Но что касается гуманоидной Лиги, то единственная команда, которая в России существует, это наша команда МФТИ, и ей внутри страны просто не с кем играть. Была еще одна команда из Томского политехнического института, но их роботы могли играть только на ковролине, а не на траве, и в этом году они также отказались от соревнований.

Поэтому сейчас мы в поисках соперников за пределами страны. Это касается как гуманоидных роботов в свободной конструкции, так и гуманоидных роботов в стандартной конструкции.

Отличие гуманоидной свободной лиги от стандартной

Раз уж упомянули об гуманоидных лигах, то стоит рассказать, чем отличаются свободная и стандартная лиги.

В стандартной лиге играют роботы в стандартной конструкции. Это те роботы, которые приобретаются у одного производителя и только одной модели. И все участвующие команды должны приходить со своими роботами, которые были куплены только у этого производителя. Участникам ничего нельзя менять в конструкции роботов (даже батарея должна быть оригинальная), можно только заменить программу.

В свободной лиге вы не ограничены в конструкции робота. Главное, чтобы робот был гуманоидного типа: две руки, две ноги, голова. Камера должна быть расположена в голове робота, а его пропорции должны приближаться к пропорциям человека: руки не должны быть ниже колен, голова не имеет права вращаться более чем на плюс/минус 90 градусов, и у вас может быть максимум две камеры, которые смотрят только вперед робота.

В таких роботах также исключаются любые активные датчики: под запретом лидары или датчики расстояния на ИК или ультразвуке. Запрещено использование магнитометра, так как у человека в организме нет компаса, и мы не можем ориентироваться по магнитному полю, как те же птицы. А вот датчики, имитирующие сенсорику человека: датчики давления, акселерометры, гироскопы – использовать не запрещается.

Есть ограничения и на  счет пропорций тела роботов: регламентируется высота центра тяжести или размер стопы. У человека центр тяжести находится довольно высоко. И  наша стопа не предназначена для статической устойчивости всей конструкции. Если сделать робота с пропорциями человека, то без движения он упадет. Мы постоянно поддерживаем равновесие своего тела за счет небольших движений, даже если нам кажется, что мы стоим неподвижно, по стойке смирно. И это движение подчинено определенным алгоритмам. Алгоритмы эти настолько сложны, что их исследованием занимаются научные группы ученых в ранге профессоров университетов.

В нашей стране лаборатория гуманоидных роботов МФТИ является единственной, в которой подобные процессы были в какой-то степени реализованы. У нас есть алгоритмы, которые позволяют удерживать робота в равновесии во время ходьбы и удерживать его в равновесии в положении стоя. И мы их постоянно совершенствуем. Хотя задача стоит получить в итоге именно гуманодиного робота, который приближен к человеку как по поведению, так и по форме, мы пока только на пути к этому, и роботы игроки пока больше похожи на человекоподобных инопланетян. Технически и финансово порог входа в мир по-настоящему гуманоидных роботов очень высок.

Финансовая сторона вопроса

Если взять стандартных роботов, то один самый дешевый робот (Nao) обойдется вам в цену от 8000 евро. Для команды вам нужно 6 таких роботов. С дополнительными расходными материалами команда робофутбола в стандартной лиге требует вложений средств от 50 тысяч евро.

Но одних роботов мало - нужна программа. Ее написание – это долгий и трудозатратный процесс. Есть команды, которые пишут и дорабатывают свою программу на протяжении последних десяти лет и более. Выйти и победить с программой, написанной «с нуля» почти невозможно. Из-за этого и родилась традиция, чтобы ведущие команды в лиге позволяли пользоваться новичкам своей программой. Естественно, они отдают свою программу не в полном объеме, убирая те ноу-хау, которые позволяют ведущим командам выигрывать. Но это позволяет новичкам вступать в игру и не тратить десять лет на написание своей программы для роботов. И это работает только для стандартных роботов.

В свободной лиге все иначе. Там вам приходится разрабатывать «с нуля» как конструкцию, так и код. Или применять способ, которым мы воспользовались в 2018 году. Наша команда договорилась с чемпионами мира на протяжении пяти последних лет (французской командой), что они нам продадут четырех своих роботов вместе с ПО. И их мы взяли за отправную точку для своих исследований. Мы внесли довольно много изменений в конструкцию, стараясь при этом не уйти от физических характеристик оригинала. В результате в 21 году наш робот был уже гораздо лучше, чем французский. Стоимость таких роботов уже на порядок выше: 3–4  миллиона рублей за одного робота. Для того, чтобы сформировать команду, нужно 4 таких робота.

Но это еще не все затраты для организации команды. По нашим оценкам нужно вложить еще порядка 30 миллионов рублей. Вам нужно организовать лабораторию. В ней должно быть игровое поле, оборудование для ремонта, штатные сотрудники, которым надо платить зарплату.  Сотрудники будут как следить за работой лаборатории, так и вести разработку роботов. Вам обязательно нужно привлекать студентов, которые будут в этой лаборатории заниматься исследованиями гуманоидных роботов, так как команды в чемпионате играют студенческие.

Но все это окупается за счет результатов, и даже не в части соревнований. Робофутбол – это «непаханое поле» для научных исследований. Поэтому он является интересным направлением для развития в рамках МФТИ. И мы сейчас ведем переговоры с МГУ о сотрудничестве, чтобы на факультете ВМК у них была создана такая же команда. 

Мы очень надеемся, что в 2023 году возникнет вторая команда в стране, и появится как противник для игры, так и партнер для исследований, и готовы всеми силами способствовать этому. В мечтах, конечно же, получить такие команды и лаборатории во всех ведущих университетах страны.

Санкции и роботы

Санкции, увы, повлияли на нас тоже. Мы выше уже упомянули о бойкоте россиян в международных соревнованиях. Но все равно есть различные способы продолжать развиваться даже в текущих реалиях. Есть много производителей компонентов, которые не стали поддаваться на ограничения, введенные некоторыми государствами. Многое из оборудования сейчас производится в Азии, а не в западных странах. Общая тенденция последних лет – появление новых азиатских, а не европейских или американских команд.

Проблемы с комплектующими, конечно, есть: например, сервомоторы, которые мы раньше покупали в Японии, нам отказались продавать. Но сейчас мы разрабатываем уже свои сервомоторы, которые пойдут на замену японским. И этот процесс мы начали как раз где-то в апреле-мае текущего года. Я думаю, что к январю 2023 года у нас уже появятся сервомоторы собственной разработки, которые полностью заменят японские.

Иногда приходится использовать «параллельный импорт» или  просить друзей, чтобы они нам предоставили какие-то компоненты, которые невозможно купить в Азии. Это сейчас единственный способ добыть их каким-то образом из Европы или из Америки.

Немного интересных фактов

Типичное заблуждение о гуманоидной робототехнике состоит в том, что многие считают приоритетной лежащей в ее основе мехатронику. Мехатроника в гуманоидной робототехнике занимает далеко не первое по важности место. Я бы её поставил где-то на шестое место. Самое важное в гуманоидной робототехнике это именно искусственный интеллект. Даже ко мне понимание этого пришло не сразу, а спустя несколько лет работы над гуманоидными роботами. И 90% затрат времени уходит именно на разработку ИИ. Из-за этого возникает проблема показать результат нашей работы. Люди видят непосредственно сам аппарат, видят сервомоторы, видят манипуляторы, но не понимают, что вся эта механика будет просто куклой на управлении, а не гуманоидным роботом, без «мозга».

Еще один интересный факт заключается в том, что сделать непосредственно «робота» нет никаких проблем. Любой инженер, который умеет конструировать некоторую машиностроительную продукцию, имея перед глазами существующую, создаст свою такую же или даже более совершенную конструкцию робота. Но, тем не менее, мы не видим гуманоидных роботов, заполонивших мир. Почему? Потому, что на самом деле дальше возникает вопрос, а как этот робот будет двигаться и взаимодействовать с миром. Например, для ходьбы нужен специальный алгоритм –«движок ходьбы». Работающих реализованных движков ходьбы очень мало, и большая их часть в закрытом, защищенном патентами, доступе. Да, есть открытые решения, но они также требуют много сил для их применения именно в вашем роботе.

Робофутбол это одна из ниш робототехники, которая стремится приблизить эпоху гуманоидных роботов и создать научное сообщество, казалось бы, вокруг ненаучной популярной игры. Мы в РобоУнивер, в свою очередь, готовы научить основам робототехники и программирования, чтобы уже ваши дети впоследствии стали конструкторами гуманоидных роботов. Также вы можете написать вопросы к Азеру в комментариях. Мы постараемся передать их ему и опубликовать ответы или пригласим его самого ответить вам лично.

Комментарии (24)


  1. Exchan-ge
    20.12.2022 19:45

    «Когда же роботы будут играть в футбол наравне с людьми?».


    Тут интереснее вопрос — «а будет ли кто-то смотреть, как роботы играют в футбол?»
    Ну так больше, чем пару раз…


    1. transcengopher
      20.12.2022 20:04
      +2

      Много будет смотреть если это будет футбол без правил, с тотальным разрушением, отрыванием и размахиванием манипуляторами, и прочим экстримом, которого в мясном футболе не будет по понятным причинам.
      Вот как Robot Wars был первые несколько сезонов.


      1. Exchan-ge
        20.12.2022 20:24

        Много будет смотреть если это будет футбол без правил


        Тогда это будет сугубо нишевый продукт.
        Не стоит путать его с компьютерными играми, это совсем другое :)


        1. transcengopher
          20.12.2022 20:36

          Почему нишевый? Я, к слову, несколько раз слышал разговоры в духе, что если, например, отменить в спорте допинговый контроль и позволить спортсменам быть настолько накачанными химией, насколько им самим захочется, то рейтинги от этого только вырастут. Речь там шла про американский футбол и, ЕМНИП, хоккей, весьма жёсткие подвиды спорта.
          UPD: А, и про Robot Wars так или иначе слышали весьма много людей в моём окружении с самым разным бэкграундом, что уже мало соответствует критериям сугубо нишевого продукта.


          1. Exchan-ge
            20.12.2022 21:42

            Почему нишевый?


            Потому что огромное количество людей не любят краш и дестрой в реале.

            «Ведь бокс — не драка, это спорт отважных и тд.» (с)

            (компьютерные игры достаточно условны, несмотря на весь нынешний реализм — и воспринимаются как развлечение себя, любимого — и без последствий для других).


            1. timiryazevec
              20.12.2022 22:29

              Потому что огромное количество людей не любят краш и дестрой в реале.

              Интересно есть хоть одно научное исследование подтверждающее сказанное. Во все времена люди хотели "хлеба и зрелищ". И чем больше "зрелищ" тем лучше.


              1. Exchan-ge
                22.12.2022 00:24

                Интересно есть хоть одно научное исследование подтверждающее сказанное.


                Попробуйте пережить войну, как гражданское лицо.


                1. transcengopher
                  22.12.2022 09:34

                  Война — это всё-таки другой уровень вовлечённости в разрушения, не то же самое, что смотреть, как роботы носятся по полю, раскидывая друг друга и оставляя вмятины на всём подряд.


                  1. Exchan-ge
                    22.12.2022 14:55

                    Война — это всё-таки другой уровень вовлечённости в разрушения,


                    Нет, это очень яркий и доходчивый момент определения истинного отношения человека к разрушению и уничтожению.

                    Когда не где-то там, а тут и сейчас.
                    (или просто в виде репортажа по тв, но с пониманием «и
                    до нас может дойти»)
                    Причем проявляется это массово, вне зависимости от конкретного человека.


                    1. transcengopher
                      22.12.2022 17:42

                      Когда не где-то там, а тут и сейчас.

                      Какую ценность имеет это наблюдение в контексте обсуждения робофутбола без правил? Зрителей не будут заставлять выходить на поле, по которому носятся робофутболисты-бульдозеры.


                      1. Exchan-ge
                        22.12.2022 18:14

                        Какую ценность имеет это наблюдение


                        Напомню — в контексте того, что разрушение и уничтожение не является тем, что нравится подавляющему большинству людей.

                        Зрителей не будут заставлять выходить на поле,


                        об этом и речи нет :) Там вообще стоит вопрос — будут ли вообще зрители в таких количествах, чтобы отбить затраты.

                        (в компьютерных играх таки есть личное участие)

                        Помнится, в какой-то из стратегических игр можно было запустить игру «компьютер против компьютера».
                        Ничего более скучного я не видел :)


      1. akaz_zaka Автор
        20.12.2022 23:36
        +2

        Что то типа такого?


  1. Exchan-ge
    20.12.2022 19:58

    Любой инженер, который умеет конструировать некоторую машиностроительную
    продукцию, имея перед глазами существующую, создаст свою такую же или даже
    более совершенную конструкцию робота


    Ой… :)
    Нет, не каждый. И дело даже не в способностях конкретного человека.
    Даже для того, чтобы просто скопировать уже существующее — требуется развитая технология и большой соответствующий опыт (я как -то имел возможность побывать на предприятии, задачей которого было именно копирование западно-восточных образцов техники (времена СССР) и был поражен его высочайшим техническим уровнем :)


  1. tommyangelo27
    20.12.2022 20:22

    Футбол (как и другой спорт, в том числе киберспорт) - это не про то, как мячом в ворота попасть. Это прежде всего про борьбу, преодоление, эмоции.

    Где всё это в робофутболе - непонятно.


    1. akdengi
      20.12.2022 20:32
      +2

      Вот вам эмоции: https://youtu.be/hHbhMmnAbw0
      И если внимательно читали, что Робофутбол это не про бесцельно бегающих за мячиком, это про развитие гуманоидной робототехники. Хотя бы в таком виде.


      1. tommyangelo27
        20.12.2022 20:46

        Ну тогда получается классика — футбол для футболистов, театр для актёров, музыка для музыкантов.


        1. akaz_zaka Автор
          20.12.2022 23:32
          +1

          Выбор небольшой: или Терминатор или Футболист или машина с автопилотом :) Пускай лучше мячик пинают.


  1. perfect_genius
    20.12.2022 21:21

    Когда же роботы будут играть в футбол наравне с людьми?

    Маск уже работает над этим.


    1. akaz_zaka Автор
      20.12.2022 23:33
      +2

      Маск больше работает над тем, как превратить в роботов людей (точнее в киборгов).


      1. perfect_genius
        21.12.2022 13:59

        Скорее, идёт сразу с двух сторон. Свой андроид он явно будет всё время совершенствовать.


        1. akdengi
          21.12.2022 15:30

          Пока что основная проблема гуманоидных роботов - их нельзя подпускать к людям. Не дай бог случайно рукой заденет или упадет... Сейчас большая часть роботов в своей подвижной зоне ограждена от людей, а те что есть или в размер и вес игрушек или, как в случае робособак, не могут сильно навредить. Хотя если тебя сшибет робособака думаю эффект будет не как от обычной :)

          Поэтому то гуманоидные роботы или для работы в среде себе подобных, или в условиях, где людям сложно/не выжить (космос, агрессивные среды) или военное применение, где "потери" людей и так увы будут.

          Из-за этого и опасение, что Терминаторы могут стать единственным применением, а до Роботов Вертеров мы еще долго будем добираться.


          1. Exchan-ge
            22.12.2022 00:27

            Из-за этого и опасение, что Терминаторы могут стать единственным применением,


            Так вроде как уже — см. новости из Сан-Франциско.


  1. Dr_Dash
    21.12.2022 01:12

    Не знаю когда, но матч века "Киборги" vs "Роботы" соберёт огромное количество просмотров. Буду болеть за киборгов ), наш последний бой против роботов.


  1. Iguana2
    21.12.2022 14:45

    Да еще некоторые группы людей не могут играть наравне с людьми, а вы про роботов...:-)