«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.

Кроме футбола робототехники соревнуются в беге (ходьбе), поднятии предметов, проводят особые состязания на равновесие. Вид спорта определяет круг задач, которые решают инженеры и программисты.

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».

Команда студентов МФТИ «Старкит»: капитан Иван Хохлов, Владимир Литвиненко, Илья 

«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».

Роботы ориентируются на поле с помощью машинного зрения и обмениваются друг с другом координатами. Точность позиционирования у них не очень высокая: робот видит даже не точку, а пятно метрового диаметра. Но для неторопливых футболистов-пешеходов этого достаточно.

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.