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Um bei der Roboter-Fußballweltmeisterschaft mitzuspielen, reisen deutsche Studierende um den halben Erdball, ihre Top-Spieler haben sie zum Teil im Handgepäck. Am Ende gewinnt dann meistens Deutschland. Janine aus Dortmund ist fast immer dabei.

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© Henrike WiemkerJanine mit Roboter Cyclops

Cyclops hat einen großen runden Button auf der Brust. Als Janine Hemmers mit beiden Daumen fest darauf drückt, blinkt der Button, Cyclops‘ Augen beginnen, grün zu leuchten, und er richtet sich zu voller Größe auf, gut einen halben Meter misst er, vom Kopf bis zu den Füßen. Cyclops und Janine gehören beide zu einem Fußball-Team an der TU Dortmund – allerdings erfüllen sie ganz unterschiedliche Rollen. Cyclops, der Roboter, steht auf dem Feld. Janine, die Informatikerin, programmiert ihn und sorgt dafür, dass er Tore schießt.

„Bei uns gehörte das Team erst zum Studium, dann bin ich aus Spaß dabei geblieben“, erzählt Janine. Jetzt ist sie als Hilfskraft am Lehrstuhl angestellt und mit verantwortlich für die „Nao Devils“, so der Name der Mannschaft, hergeleitet vom Namen „Nao“, den Cyclops’ Roboter-Modell von seinem Hersteller bekommen hat. Alle Roboter im Dortmunder Team sind vom gleichen Typ, er ist das Standardmodell für eine ganze Liga. Roboterfußball wird an vielen Unis in Deutschland betrieben, es gibt noch weitere Ligen und sogar eine deutsche Meisterschaft. Das Highlight ist jedoch die jährliche Weltmeisterschaft. 2016 fand sie in Leipzig statt, in diesem Jahr ist Janine mit ihrem Team Ende Juli nach Japan gereist. Von den 24 Teams die teilnahmen, kamen sechs aus Deutschland.

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Ein grünes Feld, weiße Linien, ein Ball und zwei Tore: Was Cyclops und seine Mitspieler auf dem Turnier betreiben, sieht nach Fußball aus und ist doch in vielerlei Hinsicht noch viel mehr. Das Feld ist nur gut zehn Meter lang, gespielt wird fünf gegen fünf, und auch die Regeln unterscheiden sich. „Es gibt zum Beispiel keinen Einwurf“, erzählt Janine. „Wenn der Ball ins Aus geht, wird er an einer bestimmten Stelle wieder ins Feld gelegt. Außerdem haben wir Zeitstrafen. Wenn ein Roboter einen anderen einfach umschubst, muss er 45 Sekunden vom Feld.“ Trotzdem haben die Teams weltweit ein gemeinsames Ziel: „2050 soll der Weltmeister im Roboterfußball gegen den amtierenden echten Fußballweltmeister antreten“, sagt Janine.

Video mit gutem Audio-Kommentar, vielen Fouls und Platzverweisen: Spiel bei den German Open 2017 zwischen B-Human Leipzig  und den Nao Devils

Was zunächst nach einer verrückten Idee klingt, hat einen ernst zu nehmenden Hintergrund. Denn die stetige Optimierung der kleinen Fußball-Maschinen treibt die Robotertechnik als ganze voran. „Irgendwann sollen sich Privatpersonen Roboter als Assistenten leisten können“, sagt Janine.

Die Kondition lässt noch zu wünschen übrig

Die Fußballweltmeisterschaft der Roboter findet im Rahmen einer größeren Veranstaltung statt, des RoboCup. Dabei gibt es noch weitere Disziplinen, deren praktischer Nutzen offensichtlicher ist, zum Beispiel Wettbewerbe für Industrie-Roboter oder zur Menschenrettung. Ganz egal jedoch, ob beim Fußball oder im Katastrophenschutz, in allen Aufgaben geht es beim RoboCup darum, die Forschung in Bereichen voranzubringen, die für die Robotik aktuell von Bedeutung sind.

Einer dieser Bereiche ist die Bildverarbeitung. Die Roboter, die Janine und ihr Team programmieren, nehmen ihre Umgebung vor allem visuell wahr, mit zwei kleinen Kameras im Gesicht. „Die Hardware ist allerdings vergleichsweise günstig und die Kameras entsprechend schlecht“, erzählt Janine. „Ungefähr so wie in einem alten Nokia-Handy“, fügt sie hinzu. Bessere Kameras benötigten einen besseren Prozessor, beides wäre zu teuer. Schon jetzt kostet ein einzelner „Nao“ zwischen 5000 und 8000 Euro. Davon abgesehen werden die Bedingungen bei den Weltmeisterschaften von Jahr zu Jahr erschwert. Die weißen Tore zum Beispiel waren bis vor einiger Zeit noch gelb und blau, der Ball war rot. Dass jetzt alles weiß ist, macht das Programmieren komplizierter. Janine erklärt: „Vorher konnte man sagen, wo gelbe Pixel auftauchen, ist ein Tor. Jetzt muss man sich etwas anderes überlegen, um den Torpfosten von einer Seitenlinie zu unterscheiden oder den Ball vom Anstoßpunkt.“ Auch die Beleuchtung musste früher auf dem ganzen Feld gleichmäßig sein, inzwischen sind die Vorgaben lockerer und es darf sogar unter natürlichen Lichtverhältnissen gespielt werden. Die Auswirkungen sieht man auf dem Trainingsfeld in einer Halle der TU Dortmund. Dort fällt das Licht durch die Fenster herein und wirft Schatten von Rahmen und Jalousien auf das Grün. „Ist das nun eine Linie oder ist es nur das Licht? Das ist auf den Kamerabildern manchmal nur schwer zu erkennen“, sagt Janine.

© Nao DevilsGrundlagenforschung mit Ball: Mehrkampfszene bei der Roboter-WM in Japan

Schaut man den Robotern beim Spielen zu, scheint für den unbedarften Blick alles noch relativ behäbig zuzugehen, doch Janine sieht das anders. „Wenn man es mit der Bewegung von vor ein paar Jahren vergleicht, sind die Roboter schon ganz schön schnell unterwegs“, findet die Informatikerin. Tatsächlich ist die Laufbewegung ein zweiter großer Forschungsbereich neben der Bildverarbeitung. „Man denkt darüber nicht nach, wenn man selbst läuft, aber als Mensch verlagert man dabei ständig seinen Schwerpunkt, um nicht umzufallen“, erklärt Janine. Das müssen die Roboter auch tun, allerdings mit weniger Gelenken und Flexibilität. Vergleicht man die vorsichtigen Schritte von Cyclops und seinen Mitspielern mit den beherzten und kraftvollen Bewegungen eines Jonas Hector oder einer Anja Mittag, scheint das „2050-Ziel“ nicht nur ambitioniert zu sein, sondern in weiter Ferne zu liegen.

Auch gibt es bis dahin noch eine weitere große Herausforderung zu bewältigen, an der allerdings Janine als Informatikerin nicht viel ausrichten kann. Janine: „Eins der größten Probleme aktuell ist der Akku. Bei dauerhaftem Betrieb hält er ungefähr eine halbe Stunde. Wir spielen im Turnier zwei mal zehn Minuten mit zehn Minuten Halbzeitpause. Sobald die erste Hälfte vorbei ist, holen dann alle so schnell es geht die Roboter vom Feld, um sie in der Pause an den Strom zu stecken und ganz sicher zu gehen.“ Janine folgert: „Wenn die Spiele 90 Minuten dauern sollen, mit lebensgroßen Robotern … da muss sich die Hardware noch um einiges weiter entwickeln.“

Siegreich beim Eineinhalbmeterschießen

Für die WM Ende Juli stand das Dortmunder Team aber zunächst vor anderen Problemen. Eigentlich reisen Cyclops und Co in eigenen Koffern, immer zu dritt. Das Dortmunder Team aber fuhr mit zehn Robotern nach Japan, sodass einer im Handgepäck fliegen musste. Wegen neuer Auflagen des Düsseldorfer Flughafens mussten außerdem unerwartet alle Roboter-Akkus der Dortmunder zu Hause bleiben. „Zum Glück läuft es bei uns in der Liga sehr freundschaftlich ab“, erzählt Janine. „Viele Teams haben uns einen oder zwei ihrer Akkus geliehen. Ohne die Akkus hätten wir keine Chance gehabt.“

Für die Teilnahme am Turnier mussten für jedes Team und jedes Mitglied Beiträge gezahlt werden. Und obwohl es Unterstützung vom Lehrstuhl und dem Alumni-Verein gab, musste auch ein Teil der Kosten für die Reise von den Studierenden selbst übernommen werden. Das war nicht wenig, entsprechend klein war das Team. Während die Dortmunder im vergangenen Jahr in Leipzig noch mit 14 Leuten teilgenommen hatten, waren sie diesmal nun nur zu acht. „Deshalb mussten wir uns gut koordinieren“, erzählt Janine. „Beim Turnier müssen wir auch Schiedsrichter stellen, jemand muss den Robotern die Trikots anziehen, und dann versucht man natürlich immer noch, die letzten Schwachstellen im Programm auszubessern.“

Erste Halbzeit beim Spiel um Platz 3: Die Nao Devils gegen UT Austin Villa

Die Meisterschaft beginnt traditionell mit zwei „Set-Up-Tagen“, an denen die Teams sich vor Ort einrichten und testen, ob auch alles funktioniert, die Aufwärmphase sozusagen. In diesem Jahr gab es außerdem schon einen ersten Wettbewerb im „Elfmeterschießen“, das für Cyclops und seine Roboter-Mitspieler eher ein Eineinhalbmeterschießen bedeutet. Dann wurde vier Tage lang gespielt, zuerst in Gruppen, dann im Rahmen einer KO-Phase, genau wie bei richtigen Fußballmeisterschaften. In einem Spiel gegen das Team aus Hamburg schafften die Dortmunder ein sensationelles 10:0, in anderen lief es weniger gut.

Wer spielt auf welcher Position

Am Ende konnte sich das spielerische Ergebnis für die Nao Devils, vor allem aber für die deutschen Teams insgesamt, sehen lassen. Janines Mannschaft erreichte den dritten Platz, die Roboterfußballer aus Bremen holten den Weltmeistertitel, Leipzig wurde Vize. Außerdem gab es in diesem Jahr erstmals einen gesonderten Wettbewerb mit gemischten Teams. „Dahinter steckt die Herausforderung, dass auch Roboter mit anderen Robotern kommunizieren sollen, die für sie unbekannt sind“, erklärt Janine, „so wie es bei fremden Menschen der Fall wäre, wenn sie miteinander Fußball spielen.“ Dortmund und Berlin bildeten ein gemeinsames Team und mussten sich nur einer Mannschaft aus Bremer und Hamburger Robotern geschlagen geben.

„Unsere Liga ist sehr dominiert von Deutschland“, sagt Janine. Da aus Deutschland gleich sechs Hochschulen ihre Teams zur WM schickten, gab es von vornherein ein gewisses nationales Ungleichgewicht. Andere Länder traten nur mit ein oder zwei Teams an. Ein weiterer Grund für die deutsche Dominanz sind die Forschungsgelder, die für Projekte wie den Roboterfußball bereitgestellt werden.

© Nao DevilsDie Nao Devils beim Schlussjubel in Japan

Abgerundet wird der RoboCup jedes Jahr mit einem ganztägigen Symposium, auf dem Forschungsergebnisse vorgestellt werden. „Immerhin geht es ja nicht nur ums Gewinnen“, sagt Janine, „sondern auch um die Wissenschaft dahinter.“ In Dortmund läuft das Projekt unterdessen nahtlos weiter. Da bei den Nao Devils auch Studierende ihre Abschlussarbeiten schreiben, arbeiten sie ohnehin unabhängig vom RoboCup ständig an den Fußballrobotern. Für alle anderen ist jetzt schon klar, was bis zum nächsten Jahr optimiert werden muss. „Wir müssen unbedingt die Absprache verbessern“, sagt Janine. „Wer geht wann zum Ball, wer spielt auf welcher Position? Außerdem brauchen wir gegnerabhängige Strategien“, fügt sie hinzu. Was den Nao Devils im Spiel gegen Hamburg einen 10:0-Sieg brachte, funktionierte gegen Bremen weniger gut. An all dem können die Dortmunder arbeiten, bis im nächsten Jahr der RoboCup in Montreal ausgetragen wird. Janine bleibt weiterhin im Team und wird in Kanada wieder dabei sein. Cyclops war bei der Weltmeisterschaft in Japan übrigens nur halb dabei. Der Körper war plötzlich defekt, “da haben wir nur den Kopf mitgenommen, Köpfe kann man unter Robotern nämlich beliebig tauschen.”