Роботы из МФТИ выиграли открытый чемпионат Бразилии по футболу

• Две команды роботов из Исследовательского центра прикладных систем искусственного интеллекта МФТИ приняли участие в открытом чемпионате Бразилии по робофутболу.

• В 2021 году российская команда Starkit HL стала чемпионом мира по робофутболу RoboCup.

• В 2022 году россиян не допустили на RoboCup. В отсутствие наших роботов, победу там одержала команда из Японии.

• Единственной возможностью побороться на международной арене стал турнир в дружественной Бразилии.

• Обе российские команды разгромили большинство иностранных соперников всухую с крупным счётом. Отдельные матчи закончились досрочно за явным преимуществом.

Финальные матчи открытого чемпионата Бразилии по футболу среди автономных роботов принял кампус Centro Universitário da FEI в муниципалитете Сан-Бернарду-ду-Кампу (Сан-Паулу). Турнир проходил в рамках первых с начала пандемии COVID-19 очных соревнований Brazilian Robotics Competition 2022 (CBR 2022). В двух наиболее сложных категориях из пяти победы одержали российские команды, представляющие Исследовательский центр прикладных систем искусственного интеллекта МФТИ. Над программным обеспечением и мехатроникой непобедимых робофутболистов работали специалисты из лаборатории волновых процессов и систем управления под руководством кандидата технических наук Романа Горбачева.

Команда Starkit HL состязалась в категории Humanoid League, где представлены антропоморфные роботы класса KidSize (размером с ребёнка) и высотой от 40 до 90 см. Первую игру наши робофутболисты выиграли с разгромным счётом 10:0. Восемь голов залетело в ворота соперников уже в первом тайме, а во втором судьи прервали матч и засчитали победу за явным преимуществом. 

Вторая игра полностью повторила ход первого матча. Однако зрители оценили героическую игру робовратаря соперников, несколько раз в падении спасавшего свои ворота от ударов роботов-россиян, иначе счёт мог перейти во второй десяток уже в первом тайме. Ни одного гола оппонентам Starkit HL забить вновь не удалось.

В финале футболисты из Подмосковья противостояли кудесникам мяча — сборной команде лучших роботов Бразилии. Здесь счёт оказался поскромнее, всего 6:0. Но главное, что нашим вновь удалось сохранить ворота сухими. Российские робофутболисты сыграли весь турнир, руководствуясь девизом команд Пеле и Гарринчи: «Вы забьёте нам сколько сможете, а мы — сколько захотим».

Для второй команды Starkit SPL турнирный маршрут оказался короче. Всего две игры: полуфинал и сразу финал. В этой категории — Standard Platform League — у всех участников одинаковые стандартные роботы. Никто не может получить преимущества за счёт лучшей мехатроники или иного «железа». Главное соревнование здесь идёт среди алгоритмов искусственного интеллекта — у какой из команд лучше математики и программисты.

В полуфинале «младшие игроки» также уверенно разобрались с совершенно беспомощным против них соперником 10:0. А вот в финале россиянам пришлось поскрипеть шестерёнками, так как противникам удалось забить один гол в наши ворота. Но это привело лишь к тому, что после пропущенного мяча российские робофутболисты стали атаковать гораздо быстрее и яростнее. В итоге матч закончился 10:1 уже в первом тайме за явным преимуществом.

Помимо роботов, в Бразилии побывали и их создатели: студенты, аспиранты и учёные из МФТИ. Всего в команде 12 человек. Лидерами российской делегации на турнире были Егор Давыденко, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории волновых процессов и систем управления, играющий тренер, научный и технический руководитель команд Starkit HL, а также Сергей Семендяев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории волновых процессов и систем управления и технический руководитель команды Starkit SPL.

«Робофутбол — это отличный полигон, чтобы выяснить, у кого сильнее математики, программисты и инженеры. Только по научным статьям и даже приложенному к ним коду программ это выяснить трудно. Практика — критерий истины, — считает Егор Давыденко. — А такие турниры повышают мотивацию научных команд, заставляют искать лучшие решения. И при этом, что немаловажно, делиться ими с остальными участниками».

«Хотим выразить огромную благодарность Азеру Бабаеву, выпускнику МФТИ и члену Физтех-Союза. Много лет он вдохновляет и финансирует из своих личных средств наши команды, и лишь благодаря его организаторским талантам множество студентов, аспирантов и преподавателей превращаются в единую первоклассную команду, побеждающую на всех турнирах! — отмечает аспирант и капитан команды Starkit HL Владимир Литвиненко. — А ещё большое спасибо МФТИ, что приютил нас под своими крылами, а также Исследовательскому центру прикладных систем искусственного интеллекта, где мы черпаем ресурсы и новые кадры». 

Краткий путеводитель по робофутболу

Каковы правила игры?

В каждой из противоборствующих команд четыре автономных робофутболиста, из них три полевых игрока и один вратарь. Есть и запасные, так как среди роботов обычно наблюдается высокий уровень травматизма по ходу матчей и не всегда есть возможность их оперативно починить. Каждый матч проходит на поле из мягкой искусственной травы размером 6,75 на 4,5 м. В ворота высотой 110 см и шириной 180 см необходимо попасть мячом весом 200 г с длиной окружности до 48 мм. Время, как и в традиционных футбольных матчах, поделено на два тайма и перерыв между ними. Однако в робофутболе каждый тайм длится всего 10 минут. 

Роботы-футболисты должны быть активными, уметь хорошо ходить, бегать, бить по мячу и пасовать друг другу. Для этого им требуется уверенно держать равновесие, распознавать с помощью алгоритмов компьютерного зрения мяч, ворота, своих сокомандников и игроков соперника. Необходима также способность вставать после падений.

Зачем это нужно учёным?

Играют роль три фактора: во-первых, мотивация соперничества и желание победить заставляют бесконечно совершенствовать алгоритмы управления, компьютерного зрения и мехатронику робота. По сути, это напоминает в миниатюре космическую гонку между США и СССР, но только в меньшем масштабе, зато во всём мире. Конечно, и просто так писать крутые программы или делать первоклассные механизмы интересно, но спорт всегда заставляет совершенствоваться и выводить свои разработки на новый уровень

Во-вторых, взаимное обучение и накопление общей базы знаний. В робофутболе есть негласное правило: победитель турнира показывает свой код и инженерные наработки другим участникам. В результате над проблемами искусственного интеллекта, управления движениями и координацией роя роботов — очень сложными инженерными задачами — работают сообща наиболее талантливые люди во всём мире. 

В-третьих, продвижение робототехники и её популяризация среди молодёжи. Турниры привлекают парней и девушек. Они выбирают себе роль по плечу и помогают команде, постепенно их навыки растут, они становятся первоклассными инженерами. Кроме того, робофутбол нравится зрителям. Да, машины ещё достаточно неуклюжи и медлительны, но смотреть от этого за их баталиями не менее интересно. 

Какую пользу это приносит науке и технике?

Сейчас робофутбол — это передовой полигон для тестирования многих инженерных идей. При этом даже не нужны настоящие роботы из пластика, железа, сервоприводов и электроники. Достаточно их симуляций в виртуальных средах. Например, в DeepMind, дочерней компании Google, модели роботов научились командной игре, распасовке, дриблингу и  взаимодействую случайным образом на виртуальном поле. Для их тренировок использовался метод обучения с подкреплением, когда за каждое желательное действие цифровая имитация робофутболиста получала вознаграждение. Специалисты американской компании считают, что это очередной шаг к системам сильного или общего искусственного интеллекта, приближающегося по возможностям к человеческому.