Assistierender Roboterarm am Krankenbett (links), Hightech Chip (mittig), Fussball spielende Nao Roboter (rechts)

B-Human - Humanoide Sportrobotik

Fußball bewegt — auch die Informatik. Das Spiel begeistert und bietet ein ebenso anschauliches wie komplexes Szenario für die Entwicklung autonom agierender, intelligenter Roboter.

Teambild: sechs Roboter stehen aufgereiht an der Spielfeldlinie, Frontal zur Kamera, vor ihnen der Ball.

Warum Fußball?

Fußballfeld in Vogelperspektive. Grüne Linien und Kreise deuten mögliche Spielzüge auf Grundlage der aktuellen Position der Roboter an.

Fußball ist ein Mannschaftssport, bei dem elf Sportler ein gemeinsames Ziel anstreben: Das Spiel gewinnen. Obwohl die Spielregeln bekannt sind, muss die Mannschaft ständig auf unbekannte Parameter reagieren, die durch die Aktionen des Gegners auf dem Spielfeld bestimmt werden. Welche Taktiken wird er anwenden, wie wird er in bestimmten Situationen reagieren, wie könnte der nächste Pass aussehen? Nichts von alledem lässt sich vorhersagen, also muss die Mannschaft ihr Spiel in Echtzeit an die auftretenden Herausforderungen anpassen.

Fußball als konkretes und komplexes Spielszenario ist ein ideales Übungsfeld für Informatiker, die autonome, intelligente Roboter entwickeln. Er enthält viele der Elemente, die die Forschung in der Robotik und der Künstlichen Intelligenz vorantreiben. Die dynamische Umgebung, die Zustandsänderung in Echtzeit, die verteilte Steuerung und die anspruchsvolle Sensorauslesung machen das Spiel anspruchsvoller (und unterhaltsamer) als einen Schachwettkampf.

Das Projekt B-Human basiert auf einer Kooperation zwischen dem DFKI-Forschungsbereich Cyber-Physical Systems (CPS) und dem Fachbereich Mathematik und Informatik der Universität Bremen und dient sowohl der Lehre als auch der Forschung. Das Projekt ist eine hervorragende Gelegenheit für Studierende, unter Anleitung von Forschenden des DFKI und der Universität die Softwareentwicklung in der Praxis zu erlernen.

RoboCup – Fußball ist mehr als ein Spiel!

B-Human Roboteam auf dem Feld im Finale, Ziellinie bis Tor, im Hintergrund volle Publikumsränge

Zum Einsatz kommen die neusten Entwicklungen in jährlichen Wettbewerben, die von der internationalen wissenschaftlichen RoboCup-Initiative zur Förderung der Forschung in der Künstlichen Intelligenz und Robotik organisiert werden. Das übergeordnete Ziel ist die Weiterentwicklung von Robotern, die mit ihrer Umgebung interagieren. Das Wettbewerbsformat ermöglicht einen direkten Vergleich verschiedener Ansätze und ist in verschiedene Ligen mit unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten unterteilt.

B-Human spielt in der Standard Platform League (SPL). In dieser Liga verwenden alle Teams die gleiche Hardware, den zweibeinigen Roboter NAO von Aldebaran. Doch die Software macht den entscheidenden Unterschied! B-Human stellt den Quellcode seiner Software nach jeder Weltmeisterschaft offen zur Verfügung, um die internationale Entwicklung intelligenter Roboter zu fördern und den anderen Teams eine Möglichkeit zu bieten, ihre Systeme zu verbessern.

Die Herausforderungen – Von Sensordaten zu Entscheidungen

Roboterfußball ist eine Herausforderung, die fünf Forschungsgebiete in den Mittelpunkt der Softwareentwicklung von B-Human stellt:

Außenwahrnehmung: Die Bildverarbeitung von Sensordaten, das Erkennen von Objekten im 3D-Raum und deren Orientierung
Interne Wahrnehmung: Das Bestimmen der Position des eigenen Körpers und aller Gliedmaßen im dreidimensionalen Raum
Probabilistische Modellierung: Die Modellierung der Spieler-Umgebung, z.B. basierend auf der Berechnung von Wahrscheinlichkeiten
Bewegung: Umsehen, Laufen, Schießen und nach einem Sturz wieder Aufstehen
Verhalten: Entscheidungen auf der Grundlage von spielereigenen Informationen und denen der Teamkollegen treffen

Das ultimative Ziel: Transfer zu sicheren und zuverlässigen Systemen

Ultimatives Projektziel von B-Human ist die Entwicklung autonomer Robotersysteme, die sicher und zuverlässig arbeiten. Alle Errungenschaften auf dem Weg zu diesem Ziel können in viele andere Anwendungsbereiche übertragen werden – von der Weltraumrobotik bis hin zu Such- und Rettungsanwendungen.

Ein erfolgreiches Beispiel für einen solchen Technologietransfer ist das Bremen Ambient Assisted Living Lab (BAALL) des DFKI: Hier baut die Softwarearchitektur eines intelligenten Rollstuhles auf dem Code von B-Human auf.

Internationale Auszeichnungen in der Standard Platform League

Roboter mit Pokal in den Armen, witzig weil Roboter und Pokal ungefähr gleich groß sind.

2009 wurde B-Human in die Standard Platform League der internationalen RoboCup-Initiative aufgenommen, die die Forschung an autonomen Multi-Roboter-Systemen durch die Organisation verschiedener Roboterfußball-Events fördert.

B-Human nimmt mit großem Erfolg an den German Open, den European Open und den RoboCup-Weltmeisterschaften teil: Weltmeisterschaftssiege in den Jahren 2009, 2010, 2011, 2013, 2016, 2017, 2019, 2021, 2022! In den Jahren 2012, 2015 und 2018 wurde das Team Zweiter, im Jahr 2014 Dritter.

Bei den German Open hat B-Human von 2009 bis 2023 jedes Jahr gewonnen, mit Ausnahme von 2018, als sie Dritter wurden.

Eine sportliche Erfolgsgeschichte, auf die Bremen stolz sein kann.