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Als "Fußballroboter" beschimpften einige Kommentatoren die deutsche Nationalmannschaft bei der Fußballweltmeisterschaft 2002 in Japan.

Als "Fußballroboter" beschimpften einige Kommentatoren die deutsche Nationalmannschaft bei der Fußballweltmeisterschaft 2002 in Japan. Womit gemeint war, dass sie spielten, als würden sie stur einem vorgegebenen Programm folgen: hoch diszipliniert, effektiv, langweilig. Roboterfußball, so die verbreitete Meinung, steht für Sport ohne Spaß.

Wer so urteilt, hat wahrscheinlich noch nie wirkliche Roboter Fußball spielen gesehen. Denn dann hätte er erlebt, wie Teams und Zuschauer die Maschinen anfeuern. Er hätte mit den Akteuren auf dem Feld und ihren Konstrukteuren am Rand gefiebert und wüsste: Roboterfußball kann irrsinnig Spaß bringen.

Es gibt dramatische Begegnungen wie das Endspiel in der Simulationsliga bei der letzten RoboCup-WM 2003 in Padua, das Erinnerungen an das legendäre WM-Halbfinalspiel Deutschland gegen Italien von 1970 weckte. Spektakuläre Dribblings bei den mittelgroßen Kickmaschinen sorgen ebenso für Begeisterung wie die Fallrückzieher der vierbeinigen Aibo-Hündchen.

Für kickende Roboter gilt grundsätzlich dasselbe wie für Menschen: Das Spiel ist spannend, weil man nicht weiß, wie es ausgeht. Allerdings bezieht sich diese Ungewissheit über den Ausgang beim Roboterfußball nicht nur auf die einzelne Begegnung oder ein Turnier. Die in der internationalen RoboCup Federation organisierten Robokicker verfolgen auch ein langfristiges Ziel, das die besondere Faszination des Vorhabens ausmacht: Bis zum Jahr 2050, so die ehrgeizige Vorgabe, sollen menschenähnliche Roboter gegen Menschen um die Fußballweltmeisterschaft spielen - und gewinnen, nach den dann gültigen offiziellen Fifa-Regeln selbstverständlich.

Ist das zu schaffen? Die Experten sind geteilter Meinung. Raúl Rojas, der an der Freien Universität Berlin Informatik lehrt und die FU Fighters trainiert, zählt zu den Skeptikern. "Es ist in der Informatik sehr schwierig, weiter als zehn Jahre in die Zukunft zu schauen", gibt er zu bedenken. "Alles, was darüber hinaus geht, gilt als Sciencefiction." Bernhard Nebel, der mit dem CS Freiburg bei den mittelgroßen Robotern dreimal die Weltmeisterschaft gewonnen hat, ist dagegen zuversichtlich: "Wenn man mal 50 Jahre zurück in die Vergangenheit schaut und den damaligen Stand der Technik mit dem heutigen vergleicht, kann man sich vorstellen, dass das Ziel nicht völlig realitätsfern ist - auch wenn die heutigen humanoiden Roboter eher lächerlich wirken", sagt der Freiburger Professor für Künstliche Intelligenz. Für seinen Kollegen Hans-Dieter Burkhard von der Humboldt-Universität zu Berlin kommt es vor allem auf den Versuch an. Selbst wenn die Roboter in 46 Jahren den Einzug ins WM-Finale verpassen sollten, sei die RoboCup-Initiative nicht vergeblich gewesen. "Hinterher sind wir in jedem Fall schlauer."

Burkhard ist ein RoboCup-Veteran. Als einziger deutscher Teilnehmer ist er seit der ersten Weltmeisterschaft im Jahr 1997 dabei, gewann damals den Titel in der Simulationsliga. Für ihn ist der RoboCup auch eine neue Art, Wissenschaft zu betreiben, die nicht nur vom derzeitigen Erkenntnisstand ausgehend den jeweils nächsten Schritt plant. "Stattdessen setzen wir uns das Ziel in einer ferneren Zukunft und rechnen zurück", sagt er. "Wenn wir im Jahr 2050 mit Robotern die WM gewinnen wollen, müssen wir 2040 das Problem der Energieversorgung gelöst haben, müssen 2030 mit den Maschinen im Freien spielen können, darf es 2020 keine Bildverarbeitungsprobleme mehr geben. Von all dem gehen sehr kreative Impulse aus."

Mittlerweile sind bereits mehrere tausend Wissenschaftler in etwa 35 Ländern von der Idee des RoboCups infiziert und orientieren sich damit an einem Ziel, das vor allem dem Vergnügen dient. In Zeiten, da sich die Forschungspolitik weit gehend der Profitlogik unterworfen hat, ist allein das schon bemerkenswert. Natürlich geht es nicht nur um Spaß. Klar ist: Maschinen, die Fußball spielen können - und sei es nur auf Kreisliganiveau –, meistern noch ganz andere Dinge. Beim Fußball entwickeln Roboter die grundlegenden Fertigkeiten, die dann auch in anderen Anwendungen zum Einsatz kommen können, etwa bei der autonomen Steuerung von Produktionsprozessen oder bei der Montage im Weltraum.

Stürmer aus Stahl

Ursprünglich hatte der japanische Informatiker Hiroaki Kitano, der maßgebliche Initiator des RoboCups, sogar an einen Wettbewerb gedacht, der sich gleich an konkreten Anwendungen wie Pflege oder Katastrophenhilfe orientieren sollte. Er erkannte jedoch schnell, dass sich die Aufgabenstellung dabei schwer fokussieren ließe. "Deshalb hielt ich es für eine bessere Strategie, an einem Spiel die grundlegenden Technologien zu entwickeln und sie dann auf andere Bereiche zu übertragen", sagt Kitano.

Das Fußballspiel erwies sich als besonders geeignet, aufgrund seiner großen Dynamik, des erforderlichen hohen Grads an Kooperation, der eher geringen direkten Körperkonfrontation - und seiner weltweiten Popularität. Das Runde muss ins Eckige, das versteht jeder. Und so bietet Roboterfußball auch Laien die Chance, die Fortschritte der Robotik von Jahr zu Jahr mitzuverfolgen.

Die zeigen sich insbesondere im zunehmenden Tempo der Spiele. Immer weniger Zeit geht mit der Suche nach dem Ball und der Orientierung auf dem Spielfeld verloren, immer zielstrebiger werden die Bewegungen. Das hat überwiegend mit Verbesserungen bei der Software zu tun. So ist die Bildverarbeitung robuster gegenüber Änderungen der Lichtverhältnisse geworden. Beim Ermitteln der eigenen Position auf dem Spielfeld haben sich so genannte Monte-Carlo-Methoden etabliert: Statt einer exakten Positionsbestimmung, die zu rechenaufwendig wäre, wird mit Wahrscheinlichkeiten gearbeitet. Der Roboter glaubt, an einer bestimmten Stelle zu sein und gleicht diese Vermutung ständig mit aktuellen Messwerten ab.

Manche technischen Errungenschaften werden indes durch regelmäßige Erschwerungen bei den Spielbedingungen kompensiert. So hat man zum Beispiel im Jahr 2002 bei den mittelgroßen Robotern die Spielfeldbande entfernt. Die hatte bis dahin die Selbstlokalisierung der Spieler erleichtert, weil die senkrechten Wände eine gute Reflexionsfläche etwa für Laserscanner abgaben. Inzwischen bestimmen fast alle Roboter ihre Position ebenso zuverlässig mit Hilfe von Kameras anhand der Linien und anderer Markierungen auf dem Spielfeld. Die meisten stützen sich dabei auf eine omnidirektionale Kamera, die nach oben auf einen konvex hyperbolisch geschliffenen Spiegel gerichtet ist und dadurch stets das gesamte Spielfeld im Blick hat. Das Bild ist zwar verzerrt, doch das lässt sich durch die Software leicht herausrechnen.

Omnidirektionalität wird auch bei den Antrieben immer mehr zum Standard: Die Spieler beider Teams, die Anfang April bei den diesjährigen RoboCup German Open in Paderborn das Endspiel bei den mittelgroßen Robotern bestritten, bewegten sich auf jeweils drei Rädern, deren Reifen wiederum aus aufgereihten kleinen Passivrädern bestehen. Ein Rad, das quer zur Bewegungsrichtung steht, blockiert daher nicht, sondern rollt auf dem Kranz aus kleinen Rädern.

Dieses Prinzip, erstmals bei der WM 2000 vom italienischen "Golem"-Team eingesetzt, verlieh jetzt sowohl den Robotern des Teams "Persia" von der University of Technology in Isfahan als auch den "Brainstormers Tribots" der Universitäten Osnabrück und Dortmund eine hohe Beweglichkeit. Nur dank eines bildschönen Dribblings, das in einer eleganten Kurve um die gegnerischen Verteidiger herumführte, konnten die Tribots die ansonsten ausgewogene Partie mit 1:0 für sich entscheiden.

Ob das bei der bevorstehenden Weltmeisterschaft noch einmal gelingt, ist fraglich. Denn die Iraner haben einen Trumpf noch nicht ausgespielt: Beim letzten WM-Turnier hatten sie am Rande der Spiele eine Technik demonstriert, die bei den mittelgroßen Robotern erstmals ein direktes Pass-Spiel ermöglichen könnte. Der den Ball annehmende Roboter weicht dabei geschmeidig zurück. Auf diese Weise soll das unkontrollierte Abprallen des Balls vermieden werden. Die Schwierigkeit besteht darin, das Zurückweichen genau auf die Geschwindigkeit des Balls abzustimmen - im Wesentlichen ein Softwareproblem. Bei den German Open verzichteten die Iraner auf den Einsatz dieser Technik. "Bis zur WM in Lissabon wollen wir aber so weit sein", sagt Teammitglied Reza Moballegh.

Stürmer aus Stahl

In der Simulationsliga sind Pässe, sogar Doppelpässe bereits gang und gäbe. Bei den realen Robotern besteht die Kooperation der Spieler dagegen noch vornehmlich darin, sich nicht gegenseitig im Weg zu stehen. Auf dem Weg zum Fernziel des RoboCups wird es zunehmend zum Austausch zwischen den verschiedenen Ligen und teilweise auch zu ihrem Zusammenwachsen kommen müssen: Die realen Roboter lernen von der Simulation das Teamspiel, während die virtuellen Spieler immer realitätsnäher werden. Bei der diesjährigen Robo-WM etwa soll in der Simulationsliga erstmals die dritte Dimension eingeführt werden: Die Spieler, die bisher flache Scheiben waren, werden zunächst als Kugeln simuliert und sollen in Zukunft nach und nach menschenähnliche Gliedmaßen bekommen. Auch die Schwerkraft wird jetzt in der Simulation berücksichtigt, sodass realistische dreidimensionale Flugbahnen des Balls berechnet werden können.

Ein weiterer Meilenstein, der bei den mittelgroßen Robotern in naher Zukunft angepeilt wird, ist der Ersatz des bisher verwendeten orangefarbenen Balls durch einen normalen schwarzweiß gemusterten Fußball. Das wird eine Bewährungsprobe für die Bildverarbeitungssysteme. Denn die rasche und zuverlässige Identifizierung von Mustern ist komplizierter als die Farberkennung.

Im Vergleich zu den anderen Hürden, die es auf dem Weg zum Endspiel 2050 noch zu bewältigen gilt, sind das jedoch Kinkerlitzchen. Humanoide Roboter, die beim Laufen und Springen mit Menschen mithalten sollen, werden sich nicht mehr mit Elektromotoren, Getrieben und Seilzügen betreiben lassen. Hierfür sind grundlegend neue, mit künstlichen Muskeln ausgestattete Aktuatoren erforderlich. Roboter, die von der Fifa zugelassen werden sollen, dürfen auch keine zentnerschweren metallenen Ungetüme sein. Sie müssen über eine weiche, nachgiebige Oberfläche verfügen.

Völlig offen ist bislang zudem, woher sie die Energie für ein bis zu 120 Minuten dauerndes Spiel beziehen sollen. Gegenwärtig werden sie mit gewöhnlichen Nickel-Cadmium- oder auch Blei-Akkus gespeist. Für die Roboter der Zukunft denken Experten an stark verbesserte Brennstoffzellen oder an "etwas noch Futuristischeres", sagt Kitano.

Ein spannender Aspekt bei der Steuerung der Roboter ist die Bedeutung von Emotionen. Brauchen Kickmaschinen so etwas wie Torinstinkt, oder ist es für sie ein Vorteil, völlig emotionslos zu spielen? Beim Menschen können Emotionen eine Quelle der Verunsicherung sein und zugleich eine ungemein effektive Form der Informationsverarbeitung, eine Art Abkürzung im Gehirn. Roboter können nicht auf jene Kraftreserven zurückgreifen, die durch Begeisterungsfähigkeit mobilisierbar sind. Ob sich das allein durch schnellere Prozessoren ausgleichen lässt, wie Kitano vermutet, muss sich erst zeigen.

Vorläufig lernen beim Fußball die Roboter von den Menschen. Es ist aber nur eine Frage der Zeit, bis in der umgekehrten Richtung ebenfalls Lernprozesse ablaufen werden. So wird vielleicht schon bei der WM 2006 ein neuartiges Ortungssystem zum Einsatz kommen, bei dem die Schienbeinschoner der Spieler und der Ball mit Sendern ausgestattet sind, die eine zentimetergenaue Positionsbestimmung erlauben. Das im Auftrag der Karlsbader Cairos AG entwickelte System ist in erster Linie zur Unterstützung des Schiedsrichters gedacht, der dadurch genau weiß, wann der Ball etwa die Torlinie überquert hat. Quasi nebenbei erhält man so aber auch die Bewegungsdaten eines Spiels in digitaler Form. Mit den Daten könnten Software-Agenten gefüttert werden, die die Partie nachträglich noch einmal durchspielen und unterschiedliche Spieltaktiken erproben. Gewiss werden solche, auf RoboCup-Technologie gestützte Computeranalysen beim Spitzenfußball bald so selbstverständlich werden, wie sie es bei der Leichtathletik heute bereits sind.

Wenn dann eines Tages auch die humanoiden Roboter so weit sind, dass sie auf dem Rasen gegen Menschen antreten können, werden sie vielleicht tatsächlich "Roboterfußball" spielen: diszipliniert, effektiv, präzise - aber nicht langweilig. Ihre Gegner aus Fleisch und Blut werden gut beraten sein, ihnen nicht in gleicher Weise zu antworten, sondern sich auf spezifisch menschliche Qualitäten zu besinnen: Fantasie, Intuition, Spielfreude. Die Maschinen könnten so den Sport befreien. Es lebe der Roboterfußball! (sma [1])

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