Роботы-футболисты из МФТИ выиграли чемпионат мира по футболу. Почему иранские футболисты оказались слабее, как искусственный интеллект помогает забивать голы и собирать бананы, «Газете.Ru» рассказал капитан российской команды.
Команда МФТИ «Старкит» стала чемпионом мира по игре в футбол среди роботов. В полуфинале российские роботы разгромили немецкую команду Bit-Bots со счетом 7:2 и получили возможность побороться за статус чемпионов мира. В финале, который проходил в режиме онлайн, физтехи обыграли команду из Ирана MRL-HSL. Капитан российской команды, магистрант МФТИ Иван Хохлов рассказал «Газете.Ru» об особенностях игры, слабых и сильных сторонах команд, и о том, когда роботы станут обыгрывать людей в футбол.
— Иван, ваша команда МФТИ «Старкит» одержала победу в чемпионате мира по футболу среди роботов Humanoid League. Расскажите об истории этого чемпионата?
— В какой-то момент, когда ИИ смог обыграть человека в шахматы, встал вопрос, что делать дальше. Было решено создать такие лиги, где роботы будут уже физически выигрывать в разных состязаниях. Так в 1997 году появилась лига RoboCup.
Ее целью было добиться того, чтобы к середине XXI века роботы выиграли у чемпионов мира по футболу. Постепенно к этой цели стали идти – сначала играли собакоподобные роботы, потом – человекоподобные.
Лига проходит чаще раза в год, на нее приезжают разные команды, на летний турнир обычно собираются самые крутые команды мира. Обычно соревнования проходят очно, мы собираемся, берем своих роботов и летим в какую-то страну. Однако в этом году из-за коронавируса решено было провести соревнования в симуляции, которая очень похожа на реальный мир.
— Каковы правила игры для роботов?
— Изначально правила стараются приблизить к правилам FIFA. Пока у нас играет не 11, а 4 робота в команде, поле поменьше – 6 на 9 м, есть трава высотой 30 мм. Играют два тайма по 10 минут. Из ограничений есть офсайды, игра рукой, запрещено зажимать мяч. Разрешены замены – если робот сломался, вы можете его заменить.
Людям нельзя вмешиваться в игру – роботы должны играть сами, оставаясь полностью автономными.
— Команды в основном студенческие?
— Скорее университетские. То, что у нас в команде одни студенты и нас всего пять человек – большая редкость. В основном в них участвуют профессора, и команды довольно большие. В иранской было 15 человек, из которых 5 профессоров и 10 студентов.
— Чем обладает робот, какие у него есть датчики?
— У человека нет так называемых активных датчиков, как у летучей мыши, которая летит, испускает звуковую волну и по отражению смотрит на препятствие. Такие датчики, например, лидары, у нас запрещены. Из датчиков есть две камеры — как два глаза они позволяют нам определять расстояние до препятствия и до мяча. Есть также датчики давления – на каждой ноге по 4 шипа. Мы понимаем, когда на шип что-то давит и на какой ноге стоит сейчас робот. Это позволяет стабилизировать походку.
— То есть сам удар по мячу робот не чувствует?
— Нет, удар он видит глазами. Понимает, с какой скоростью он катится и куда.
— И робот, в отличие от человека, не реагирует на катящийся мяч и не может его например перехватить, а видит лишь последствия удара?
— Да. Есть еще такая штука, как командная игра, роботам разрешено обмениваться небольшим количеством информации по Wi-Fi сети. Например, они шлют друг другу положение мяча на поле, говорят: «Я собираюсь бить мяч в ту точку». При этом другой робот идет в ту точку, и это выглядит как пас. Если посмотреть нашу игру, то видно, что наши роботы часто пасуют.
© МФТИ— В чем же отличие онлайн-игры?
— Во время игры роботы физически лежали у нас в лаборатории, и мы их не использовали. Все происходит в 3D-симуляции, максимально похожей на реальную игру. В ней роботу также поступает картинка, он должен понять, где находится мяч, он контролирует свое положение сервомашинками, то есть, по сути, управляет своим аватаром.
Вся физика игры тоже моделируется – у мяча и травы есть упругость, есть сила трения, учитывается даже то, что сервомоторы не точно выставляют свою позицию, есть источники света, которые создают тени на поле и усложняют игру.
По сути, роботы в лаборатории сами в игре никак не участвовали. Мы загружали на сервер свой программный код, его запускали, и уже в программе робот 1 подключался в симуляции к роботу 2, получал данные от него, отправлял какие-то команды.
Мало того, что мы победили в игре, мы получили первое место за лучшую модель робота, которая оказалась самой реалистичной. В ней сохранились все материалы, из которых он сделан, параметры веса, мощности сервомоторов, свойства всех камер.
— В одном эпизоде иранский игрок обгоняет вашего, видно, что он бежит быстрее. Но вместо того, чтобы отнять у вашего мяч, он подбегает зачем-то к своему, сталкивается с ним лбом и падает. Почему так произошло, в чем слабые и сильные стороны ваших команд?
— Нашей сильной стороной была командная игра, наши роботы более интеллектуально расставлялись на поле, выбирали, кто пойдет к мячу, старались всегда играть в пас и защищаться. А преимущество иранских роботов – быстрая ходьба и очень сильный удар.
Но при этом они чаще сталкивались друг с другом и нашими роботами, потому что не имели детектора препятствий.
— То есть они видят мяч, но не видят препятствия?
— Да. И за такие столкновения получают штрафы. В итоге мы победили противника со счетом 2:1.
— Роботы чему-то учатся во время игры, глядя на соперника? Как работает ИИ?
— Это интересный вопрос. Многие под ИИ понимают какие-то нейронные сети, на самом деле ИИ можно назвать почти все что угодно. Наши роботы имеют ИИ, поскольку они автономно принимают решения. Но в основном весь код написан на куче условий: если ты видишь мяч здесь, противника тут, то пинай туда. По сути, робот-пылесос тоже имеет ИИ, хотя в нем нет нейронных сетей.
— В реальной игре роботы падают и поднимаются. А в симуляции?
— Да, в реальной игре роботы чаще падают, чем встают, сейчас наше ПО достигло того уровня, что робот встает во всех случаях. В онлайне робот может подойти и толкнуть другого. У робота есть еще один датчик – инерциальная измерительная система из гироскопа и акселерометра, которая позволяет измерять угол, под которым находится робот.
Мы используем такую же систему координат, как в самолетах – тангаж, крен, рысканье. Робот упал — дальше запускаются движения вставания.
— В итоге, на ваш взгляд, это соревнования чипов, приводов или алгоритмов?
— Я считаю, что в таких соревнованиях успех определяют стабильность и независимость робота и кода от изменений внешней среды. То есть, чем более он устойчив, тем скорее он победит.
Наша команда не единственная в России, но на уровень выше других команд, в соревнованиях мы участвуем с 2018 года. В отличие от других команд, существующих по 10 лет, мы существуем всего три года. У нас есть финансовая поддержка Азера Бабаева, выпускника МФТИ. Ему интересна эта тематика, и он помогает нам развивать эти идеи.
— Наверное, дорого собрать такого робота, ведь вряд ли вы комплектующие покупаете на Митинском радиорынке?
— Достаточно дорого, сейчас он стоит 3-4 млн рублей. Самое дорогое в нем – сервомоторы, один стоит 60 тыс. рублей, а их там 20 штук.
— Соревнования проходят каждый год. Роботы совершенствуются. Какие-то объективные показатели показывают, как роботы с каждым годом становятся быстрее, результативнее и т.д.?
— Да, есть объективные параметры, такие как скорость ходьбы, дальность удара, и время автономности робота – то, как долго он может находиться на поле без участия человека. По мере роста этих показателей организаторы принимают решение об увеличении размеров поля, числа роботов на поле, ужесточении правил и так далее.
— И при взгляде на эти успехи вам правда кажется, что к середине века гуманоиды смогут играть на поле с человеком?
— Да, и на самом деле все движется очень быстро, с каждым годом команды становятся значительно более интеллектуальными, происходят более захватывающие матчи. Кто-то может спросить – зачем вообще играть в футбол роботами? Футбол – это такая платформа, в которой можно применять свои алгоритмы на применимость в реальной жизни. Приезжают команды с разных концов мира и сравнивают свои алгоритмы. Важно, что после игр команды обмениваются этими алгоритмами, что позволяет каждый год всем командам выравниваться до одного уровня – самой высокой команды.
— Где на Физтехе вы создаете этих роботов?
— В Лаборатории волновых процессов и систем управления. Роботы – наша работа, и кроме того неотъемлемой частью наших соревнований является написание научных статей по разработке алгоритмов.
— Ваши разработки в ИИ уже уходили в народное хозяйство, как говорится?
— Да, у нас есть пример с компьютерным зрением – мы придумали алгоритм улучшения детектирования объектов, опубликовали статью, и на основе этого китайские исследователи сделали робота, который собирает бананы. Нас часто спрашивают, зачем надо делать гуманоидных роботов, если они такие сложные, им так сложно ходить, ведь можно делать, например, колесных…
— Да, собаки от Boston Dynamics выглядят откровенно уверенней…
— На самом деле мы, люди, строим мир под себя – дома, дороги, двери. Гуманоидных роботов имеет смысл строить, поскольку они будут интегрированы в мир, который мы строим для людей, и в каких-то случаях помогать или заменять людей. Нам не придется перестраивать среду под роботов, мы сможем просто их туда поместить. Вот гуманоидный робот Atlas от Boston Dynamics уже умеет делать сальто, бегать. К сожалению, их робот стоит сотни миллионов долларов — у нас нет таких финансов. Но все технологии улучшаются, становятся дешевле, и, думаю, наши цели к середине века будут достигнуты.
Константин Новоселов, Нобелевский лауреат по физике 2010 года, создатель Лаборатории физики программируемых функциональных материалов МФТИ:
— Робофутбол — это отличная платформа для обкатки новейших решений как в области искусственного интеллекта, так и в материаловедении, электронике и робототехнике. Сложные и/или неравновесные системы тяжело поддаются моделированию, и испытание таких алгоритмов в робофутболе очень важно. Тем более, что это еще и зрелищно, особенно когда Чемпионат Европы преподносит неприятные сюрпризы.