Waarom slimme robots zo lui mogelijk zijn

Naar verwachting zullen duizenden mensen RoboCup 2024 in Eindhoven bezoeken, de grootste wedstrijd ter wereld op het gebied van robotica en AI. De beste teams van over de hele wereld strijden om de wereldtitel in verschillende robotcompetities.

Met René van de Molengraft, hoogleraar robotica en medeoprichter van het succesvolle TU/e-team Tech United (en de huidige wereldkampioen robotvoetbal) blikken we vooruit op het robotvoetbaltoernooi.

Een gesprek over de nieuwste snufjes die we daar zien, de uitdagingen naar het grote doel om in 2050 van menselijke voetballers te wennen en waarom voetbalrobots, en robots in het algemeen, nog beter worden als ze lui zijn.

Team Tech United

Het team van de TU Eindhoven, Tech United, doet met hun voetbalrobots mee in de zogeheten Middle Size League (MSL), het meest spectaculaire robotvoetbal, en met hun zorgrobot HERO in de @Home-league. 

Met name de MSL voetbalrobots trekken veel bekijks. Ze spelen wedstrijden van vijf tegen vijf, met een echte voetbal, in twee helften van een kwartier, op een veld van 18 x 12 meter. Ze zijn van tevoren geprogrammeerd, maar zodra het fluitsignaal klinkt, voetballen ze compleet zelfstandig en zijn de mensen slechts toeschouwer.

Ze ogen als een soort rijdende verkeerskegels, op drie zogeheten omniwielen. Deze wielen kunnen niet sturen, maar wel passief zijwaarts rollen. Dankzij deze wielen zijn de robots erg wendbaar en betrouwbaar.

De nieuwste snufjes

RoboCup dient vooral om de ontwikkeling van technologie te stimuleren in onder meer de mechatronica, informatica, elektronica en AI, met competitie als drive. Na afloop van elk toernooi wordt de kennis en vooruitgang dan ook met alle deelnemers gedeeld. Tech United zal dit jaar dus met iets nieuws moeten komen om voor de achtste (!) wereldtitel te kunnen gaan.

“We zetten dit jaar twee nieuwe elementen in”, zegt Van de Molengraft. “De eerste verbetering gaat over de wielen. Er rijdt dit jaar een speler mee met drie stuurbare wielen. Hiermee kan de robot nog veel sneller optrekken en remmen. Wel voorlopig nog als invaller, om te zien of de robot een heel toernooi aankan.”

“De andere verbetering is onzichtbaar, want dat gaat over de software. We hebben oude code van het eerste uur helemaal opnieuw gemaakt en aangepast op de rest van de code. Deze code verbetert de bewegingen van de robots en daarmee in principe bijna alle voetbalacties.”

Winnen van menselijke voetballers

Om de paar jaar stelt de RoboCup-organisatie, waarbij Van de Molengraft nauw betrokken is, nieuwe regels op voor de verschillende leagues. Hiermee stimuleren ze innovaties om de stip aan de horizon – winnen van een menselijk voetbalteam in 2050 – dichterbij te krijgen. Wat wordt de eerstvolgende uitdaging, op weg naar 2050?

We hebben de overstap van wielen naar benen nodig, om van mensen te kunnen winnen.

René van de Molengraft, hoogleraar robotica

“Dan denk ik aan de overstap van wielen naar benen. We zullen wel moeten, want tegen mensen kunnen we met wielen echt nog niet op. Daarvoor moeten we spelen met meerbenige robots toestaan in de MSL. Dat zou voor Tech United een enorme nieuwe uitdaging betekenen,” legt hij uit.

“Dan krijg je natuurlijk eerst een enorme terugval in wedstrijdresultaat”, zegt Van de Molengraft. “Maar uiteindelijk gaan de robots op benen het winnen van die op wielen. Daar heb ik wel zin in!”

Praktische uitdagingen

Naast de voetballeagues kent de RoboCup nog meer categorieën waarin gestreden wordt. Denk aan zelfstandige zorgrobots, of reddingrobots. Tech United doet met hun zorgrobot HERO bijvoorbeeld mee aan de @Home-league.

Binnen deze competitie ligt de focus op de ontwikkeling van robots die service en assistentie kunnen verlenen in thuis- of zorgsituaties. Hiermee hoopt men in de toekomst bijvoorbeeld ouderen langer thuis te kunnen laten wonen. Ook hierbij is het team tijdens de wedstrijden zelf vooral toeschouwer.

Op de RoboCup staan in de zorg- en reddingsleagues praktische uitdagingen centraal.

René van de Molengraft

“Je ziet dat in de andere leagues juist heel praktische uitdagingen centraal staan. Zoals het oppakken van een kopje thee. De zorgrobot moet weten hoe groot het kopje is, hoe vol het zit, maar ook van welk materiaal zo’n kopje is gemaakt. Een plastic bekertje knijp je makkelijk fijn, met overal hete thee als gevolg. Daar zie ik belangrijke vooruitgang, al is de stap naar de praktijk nog groot.”

“Voor de reddingrobots is dat anders. Er worden al robots ingezet bij reddingswerk waar mensen lastig bij kunnen, of waar het te gevaarlijk is. Denk aan de ramp bij Fukushima, of de aardbevingen in Turkije en Syrië.”

“Het is heel mooi om te zien dat reddingrobots levende mensen vinden onder ongelofelijk moeilijke omstandigheden, zij het dat er meestal nog een menselijke operator nodig is om de robot op afstand te besturen.”

In het hart van het onderzoek

Het TU/e-team Tech United bestaat intussen al bijna twintig jaar. Van de Molengraft was betrokken bij de oprichting van het RoboCup-voetbalteam, geïnspireerd op het destijds succesvolle team van Philips. Iets later, in 2009, volgde ook de start van het onderzoek naar autonome robotica aan de TU/e, met het RoboEarth-project, dat werd gefinancierd vanuit Europa.

“Daarna zijn we steeds meer roboticaprojecten gaan doen en zijn we een echte onderzoeksgroep geworden. In 2019 kon ik als principal investigator een eigen roboticagroep starten”, vertelt hij.

“We begonnen met vijf mensen en zijn nu een echte sectie met zo’n vijftig medewerkers en een aantal roboticavakken in de  Mechanical Engineering bachelor. En vanaf komend collegejaar hebben we ook een eigen mastertrack Robotics.”

Al dat onderzoek komt rechtstreeks ten goede aan het Tech United-team, want het team bestaat naast studenten ook uit promovendi en medewerkers.

Slim lui

Sinds deze maand mag Van de Molengraft zich hoogleraar Lazy Robotics noemen. Onder ‘luie robots’ verstaat hij robots die slim inzien welke informatie ze veilig kunnen negeren. “Normale robots, bijvoorbeeld zelfrijdende auto’s, vinden alle informatie om hen heen even belangrijk. Bij mensen werkt dat niet zo”, legt Van de Molengraft uit.

“Mensen zijn prima in staat om bijvoorbeeld visuele informatie die niet belangrijk is voor een taak te negeren.”

“Denk aan jezelf op de fiets: alle informatie die je niet nodig hebt om veilig aan het verkeer deel te nemen, neem je waar, maar sla je niet op. Die persoon die net de supermarkt uitloopt waar je langsfietst: onbelangrijk! Een zelfrijdende auto kan dat nog niet.”

“Die heeft twintig camera’s die tegelijk draaien en elk beeld bekijken en analyseren. Alles is even belangrijk, en dat kost veel rekenkracht én veel energie. Dat moet dus beter kunnen.”

Hij geeft nog een voorbeeld: “Wij mensen gaan zitten als we ons niet hoeven te verplaatsen, of we leunen op een tafel. Dat kost ons minder energie. Dat willen we ook voor robots. Ze moeten als het ware ‘slim lui’ worden en kunnen inschatten welke informatie superbelangrijk is voor de veiligheid of hun taak, en daarop kunnen focussen.”

“Maar we hebben nog flink wat werk te verzetten om robots net zo slim ‘lui’ te krijgen als mensen zijn, zowel qua software als hardware. En daar werken we aan bij de TU/e.”

Luie voetbalrobots

Van de Molengraft lacht om de vraag of de beste voetbalrobots dan niet vooral lui moeten zijn. “Ja, dat zou zeker helpen. Ze hoeven dan niet altijd tot op de millimeter op de goede plek te rijden, bijvoorbeeld. Dat hoeft alleen bij het aannemen en schieten van de bal.”

“Wanneer een robot alleen maar vrijloopt, maakt een paar centimeter echt niet uit. Daar zouden we zomaar nog winst in kunnen behalen, of onderzoek naar doen. Het vraagt wel echt omdenken van onszelf, maar dat maakt het zo’n mooie uitdaging die tot op de dag van vandaag niet verveelt.”

RoboCup 2024 vindt plaats van 17 tot en met 21 juli in Eindhoven.