روبوکاپ یک رقابت بین المللی روباتیک است که از سال ۱۹۹۷ شروع به کار کرد. هدف این مسابقات توسعه و گسترش روبات های خودکار فوتبال است تا از این طریق بتوان در حوزه آموزش و تحقیقات هوش مصنوعی به پیشرفت هایی نائل آمد. واژه روبوکاپ از مختصر کردن نام کامل این رقابت ها حاصل شده است: «Robot Soccer World Cup»، اما به جز فوتبال عرصه های زیاد دیگری نیز مانند «جستجو و نجات» برای رقابت وجود دارد.

مسابقات روبوکاپ ۲۰۱۱ در کشور ترکیه و در شهر استانبول از ۵ تا ۱۱ جولای، در چهار لیگ اصلی فوتبال، امداد و نجات، روبات های خانگی و نوجوانان که هر کدام زیر شاخه هایی داشتند برگزار شد.

رقابت های فوتبال روبوکاپ

روبوکاپ، فوتبال را با هدف استفاده از نوآوری های علمی برای رفع مشکلات عمده اجتماعی و صنایع، به عنوان سر فصل اصلی تحقیقات خود انتخاب کرد. هدف نهایی پروژه روبوکاپ تا سال ۲۰۵۰، تشکیل و گسترش تیمی از روبات های کاملا خودکار مشابه انسان است که بتواند در برابر تیم انسانی قهرمان فوتبال جهان پیروز شود. فوتبال روبوکاپ شامل پنج لیگ شبیه سازی، روبات های سایز کوچک، روبات های سایز متوسط، پلتفورم استاندارد (روبات های چهارپا) و روبات های انسان نما است.

۱) لیگ شبیه سازی

تمرکز لیگ شبیه سازی روبوکاپ، بی نیاز از پشتیبانی سخت افزاری روبات، بر هوش مصنوعی و استراتژی های تیمی است.

لیگ شبیه سازی فوتبال دو بعدی

در لیگ شبیه سازی دو بعدی، دو تیم متشکل از یازده روبات خودکار (که عامل نام دارند) در یک استادیوم فوتبال دو بعدی مجازی، فوتبال بازی می کنند، که سروری مرکزی که ساکر سرور نام دارد آن را نمایش می دهد. تلاش شده که در این محیط شبیه سازی شده، بسیاری از اعمال و حسگرهای روبات های واقعی و شرایط واقعی بازی شبیه سازی شود. ساکر سرور همه چیز از جمله فیزیک و وضعیت بازیکنان، توپ و غیره را درباره بازی می داند. بازی مبتنی بر ارتباط دو سویه مجزایی ما بین سرور شبیه ساز و هر کدام از بازیکن ها است. از یک سو هر بازیکن از طرف سنسورهای مجازی اش داده های مرتبط و خطا داری (تصویری، صوتی و فیزیکی) مانند فاصله بازیکن تا نقاط مختلف زمین و مکان نسبی توپ نسبت به بازیکن دریافت می کند و از سوی دیگر برای تاثیرگذاری بر محیط اطرافش، دستورات اولیه ای را (مانند با سرعت حرکت کردن، چرخیدن یا ضربه زدن) اجرا می کند.

لیگ شبیه سازی فوتبال سه بعدی

اولین بار لیگ شبیه سازی سه بعدی در سال ۲۰۰۴ به عنوان یکی از مسابقات شبیه سازی فوتبال در روبوکاپ برگزار شد. پیش از آن، شبیه سازی فوتبال شامل مسابقه های دو بعدی و مربی (و ارائه ابزارهای گرافیکی) بود. تیم های شبیه سازی دو بعدی به سطوح بالای تصمیم گیری می پردازند که استفاده از آن ها در روبات های فوتبالیست با محدودیت های سخت افزاری به راحتی امکان پذیر نیست. شبیه سازی سه بعدی با هدف نزدیک کردن این دو به هم پدید آمده است. این لیگ با افزودن یک بعد جدید و فیزیک های پیچیده تر به واقعی شدن محیط های شبیه سازی شده مورد استفاده در سایر لیگ های شبیه سازی می افزاید. در ابتدای این لیگ، تنها مدل روبات موجود یک عامل کروی شکل بود. در سال ۲۰۰۶ یک مدل ساده از روبات Fujitsu HOAP ۲ ساخته شد و اولین باری بود که روبات های انسان نما در لیگ های شبیه سازی مورد استفاده قرار می گرفتند. این رویداد هدف رقابت های شبیه سازی سه بعدی را از طراحی رفتارهای استراتژیک در بازی فوتبال به کنترل سطح پایین روبات های شبیه انسان و خلق رفتارهای اولیه ای مانند راه رفتن، ضربه زدن، چرخیدن و بلند شدن تغییر داد.

در سال ۲۰۰۸، معرفی یک مدل روبات نائو به لیگ شبیه سازی چشم انداز دیگری به این لیگ بخشید. روبات حقیقی نائو از شرکت روباتیک الدبران از سال ۲۰۰۸ روبات رسمی لیگ روبات های استاندارد شده و استفاده از مدل مشابه برای رقابت های شبیه سازی، فرصت بسیار مناسبی را برای محققانی فراهم می کند که قصد دارند الگوریتم ها و ایده های خود را قبل از امتحان آن ها در روبات های حقیقی، امتحان کنند. تمایل به رقابت شبیه سازی سه بعدی به سرعت در حال افزایش است و تحقیقات به آرامی و بر پایه ساختارهای رفتاری سطح پایین سه بعدی برای تیم های روبات انسان نما واقع گرا به سوی طراحی و اجرایی کردن رفتارهای سطح بالاتر چند عامل بازمی گردد.

در نسخه حاضر شبیه ساز سه بعدی هر تیم شامل تعدادی روبوت شبیه سازی شده است (در آخرین مسابقات جهانی که در سنگاپور برگزار شد شش روبوت در مقابل شش روبوت بازی کردند). این روبوت ها مدل شبیه سازی شده روبوت های نائو هستند. شبیه ساز فیزیکی قوانین فیزیکی مانند شبیه سازی مفاصل، وزن و اصطکاک را شبیه سازی می کند. هر تیم شبیه سازی فوتبال شامل یک مجموعه چند عامل از بازیکنان است که به طور مستقل تصمیم گیری می کنند.

۲) لیگ روبات های سایز کوچک

فوتبال روباتی سایز کوچک، که با نام F۱۸۰ نیز شناخته می شود، بر مشکلات مرتبط با کنترل و همکاری های چند عاملی هوشمند در محیطی بسیار پویا همراه با یک سیستم دورگه ترکیبی تمرکز دارد.

یک فوتبال روباتی سایز کوچک بین دو تیم روی می دهد که هر کدام پنج روبات دارد و هر روبات باید مورد تایید اندازه های تعیین شده در قوانین F۱۸۰ باشد:

روبات باید درون دایره ای به قطر ۱۸۰ میلی متر بگنجد و بلندتر از ۱۵ سانتی متر نباشد مگر در صورتی که از سیستم دید و مکان یابی متصل به دستگاه استفاده کند. روبات ها در زمینی با موکت سبز رنگ به طول ۴.۹ متر و عرض ۳.۴ متر با توپ گلف نارنجی رنگی فوتبال بازی می کنند. روبات ها از نظر کیفی به دو گروه تقسیم می شوند، یک گروه با سنسورهای دید موضعی و مکان یابی متصل به دستگاه و گروه دیگر با دید سراسری.

روبات های با دید سراسری، که به مراتب رایج ترند، از یک دوربین در بالای سر و یک کامپیوتر خارج از زمین برای شناسایی و ردیابی روبات ها هنگام حرکت در اطراف زمین استفاده می کنند. دوربین بالای سر به یک میله دوربین متصل است که ۴ متر بالاتر از سطح بازی واقع شده است. سرعت تصویربرداری این دوربین ها بین ۴۰ تا ۶۰ فریم بر ثانیه است. اطلاعات خام ارسال شده دوربین ها توسط نرم افزار پردازش تصویر مشترک (Shared Vision System) پردازش شده و موقعیت و وضعیت روبات ها و توپ در زمین برای تیم ها ارسال می شود. در مرحله بعد بخش هوش مصنوعی هر تیم بر اساس وضعیت فعلی روبات ها و سیگنال های ارسال شده توسط داور وظایفی را برای هر روبات مشخص می کند. پس از پردازش این تصمیم ها در لایه های مختلف در نهایت سیگنال های کنترلی روبات ها به وسیله ارتباط بی سیم به آن ها ارسال شده و هر روبات به انجام فرمانی که به آن داده شده است، اقدام می کند.

روبات های با دید موضعی، سیستم دیدی بر روی خود روبات دارند. اطلاعات خام مشاهدات را می توان هم بر روی خود روبات و هم از طریق ارسال به یک کامپیوتر خارج زمین پردازش کرد.

یک کامپیوتر خارج زمین برای انتقال دستورات داور، و در موارد دید بالای سر، برای انتقال اطلاعات مکان ها به روبات ها استفاده می شود. به طور معمول، کامپیوترهای خارج زمین تمام و اگر نه بیشتر پردازش های مورد استفاده برای هماهنگی و کنترل روبات ها را انجام می دهند.

ارتباطات این لیگ بی سیم است و معمولا از واحدهای گیرنده و فرستنده FM اختصاصی تجاری استفاده می شود.

۳) لیگ روبات های سایز متوسط

در لیگ سایز متوسط دو تیم متشکل از حداکثر شش روبات در یک زمین داخل سالن به ابعاد ۱۸x۱۲ متر فوتبال بازی می کنند. هر روبات مجهز به چندین سنسور و یک کامپیوتر متصل به روبات است تا موقعیت کنونی بازی و انجام یک بازی موفق را بررسی کند.

روبات ها می توانند از طریق ارتباطات بی سیم همکاری های درون تیمی برقرار کرده و تمام دستورات داور را دریافت کنند. هیچ گونه مداخله بیرونی توسط انسان، به جز برای تعویض یک روبات، مجاز نیست.

در سال های اخیر پیشرفت های چشمگیری در زمینه تحقیقات صورت گرفته است. سال گذشته، روبات ها تنها می توانستند از طریق رنگ، دروازه خود را از دروازه حریف تشخیص دهند (دروازه ها به ترتیب زرد و آبی رنگ بودند). در مسابقات امسال تمام تیم ها می توانستند با دروازه های توری بازی کنند. توپ تنها قطعه ای است که هنوز از طریق رنگ شناسایی می شود. رنگ توپ از سوی کمیته فنی لیگ تعیین می گردد و قبل از مسابقات اعلام می شود. امسال توپ زمستانی قرمز رنگ فیفا مورد استفاده قرار گرفت. چنین تغییراتی در قواعد مسابقات در نهایت ما را به هدف نهایی رقابت های فوتبال روبوکاپ می رساند.

۴) لیگ روبات های استاندارد

در این لیگ تمام تیم ها از روبات های یکسان استفاده می کنند. در نتیجه، تمرکز تیم ها در ضمن به کارگیری روبات ها با جدیدترین تکنولوژی ها، بر روی رشد نرم افزاری است. روبات ها کاملا خودکار عمل می کنند، به عبارتی هیچ نوع کنترل خارجی ای، چه توسط انسان و چه توسط کامپیوتر، بر آنها اعمال نمی شود. ربا تیکه در حال حاضر به عنوان پلتفورم استاندارد در این لیگ استفاده می شود ربات نائو ساخت رباتیک الدبران است.

۵) لیگ روبات های انسان نما

در لیگ انسان نما، روبات های خودکار با ساختار بدنی مشابه انسان و احساسات مشابه انسان در برابر یکدیگر فوتبال بازی می کنند. علاوه بر رقابت های فوتبالی برخی از قابلیت های دیگر در بخش چالش های فنی مورد ارزیابی قرار می گیرد. راه رفتن دینامیکی، دویدن، و ضربه زدن به توپ همراه با حفظ کردن تعادل، درک تصویری از توپ، سایر بازیکن ها و زمین، خود موضع یابی، و بازی تیمی، در میان موارد بسیار زیاد تحقیقاتی هستند که در لیگ مشابه انسان بررسی شده اند. تعداد زیادی از بهترین روبات های خودکار مشابه انسان در جهان، در این لیگ رقابت می کنند.

روبات ها بر اساس اندازه در سه گروه طبقه بندی شده اند: سایز کودک (با ارتفاع ۶۰ ۳۰ سانتی متر)، سایز نوجوان (۱۲۰ ۱۰۰ سانتی متر) و سایز بزرگسال ( ۱۳۰ سانتی متر و بلندتر). در رقابت های فوتبال سایز کودک تیم های سه تایی از روبات های خودکار بسیار پویا با یکدیگر رقابت می کنند. برای اولین بار، بازی های فوتبال سایز نوجوان، تیم های دو تایی از روبات های خودکار خواهند داشت که با یکدیگر رقابت می کنند. در فوتبال سایز بزرگسال، یک روبات مهاجم در برابر یک روبات دروازه بان بازی می کند و سپس با تعویض پست ها بار دیگر با یکدیگر رقابت می کنند.

رقابت های امداد و نجات روبوکاپ

یکی از اصلی ترین کاربرد تکنولوژی های روبوکاپ، جستجو و امداد و نجات در فاجعه ها و بلایای با مقیاس بزرگ است.
لیگ ها:

۱) لیگ شبیه سازی امداد و نجات

لیگ شبیه سازی امداد و نجات یک محیط چندعامله بزرگ است که هدف آن مدیریت حوادثی است که در حین زلزله اتفاق می افتند. هدف اصلی محیط شبیه سازی امداد و نجات بررسی شرایط مختلف کنترل محیط با استفاده از اطلاعات محیطی، الگوریتم های تخمینی و طرح ریزی های مناسب است. محیط چندعامله شبیه سازی امداد و نجات یکی از معروف ترین محیط های چندعامله به منظور بررسی و تحقیق در زمینه هوش مصنوعی است.

طراحی و پیاده سازی عامل های آتش نشان، آمبولانس و پلیس هوشمند اصلی ترین هدف در محیط شبیه سازی امداد و نجات است. این محیط به منظور هرچه واقعی تر شدن و پرکاربرد بودن از نقشه شبیه سازی شده شهرهای واقعی استفاده می کند. شبیه سازها و هسته اصلی محیط به تازگی بازنویسی شده اند تا اهداف کلی لیگ با سرعت هرچه بیشتری به دست آیند.

عرصه های تحقیقاتی
محیط های چندعامله بزرگ
الگوریتم های تصمیم گیری
متدهای تخصیص وظایف
الگوریتم های همکاری و ایجاد هماهنگی بین عاملی
مدل سازی رفتار

شبیه سازی امداد و نجات یک پروژه متن باز است که توسط افراد شرکت کننده در مسابقات سالانه روبوکاپ توسعه و نگهداری می شود.

۲) لیگ روبات نجات

امداد و نجات سوانح یکی از مهم ترین مسائل اجتماعی است که تعداد بسیار زیادی از عامل های ناهمگن را در محیط های دشوار شامل می شود. هدف پروژه امداد و نجات روبوکاپ، پیشرفت و توسعه تحقیقات در این حوزه بسیار مهم اجتماعی در سطوح مختلف است از جمله هماهنگی کار گروهی چند عاملی، عامل های روباتی فیزیکی برای جستجو و نجات، زیرساخت های اطلاعات، کمک های شخصی دیجیتال، یک شبیه ساز استاندارد و سیستم های پشتیبانی تصمیم، معیارهای ارزیابی برای استراتژی های امداد و نجات و سیستم های روباتی که همگی در آینده در یک سیستم یکپارچه گنجانده می شوند.

لیگ ساخت ربات های امدادگر تحقیقات در زمینه ساخت ربات های پایه متحرک برای تعامل با مدل محیط واقعی را پیگیری می کند. به طور کلی ربات های پایه متحرک در هر محیطی که امکان اعزام نیروی انسانی خطرات جانی داشته باشد مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال زمانی که محیطی آلوده به مواد شیمیایی خطرناک یا آلوده به تشعشعات رادیو اکتیو باشد و اندازه گیری پارامتری از محیط، ارسال تصاویر و صدا، نمونه برداری و یا حتی ایجاد تغییراتی در محیط (بستن شیر گاز یا آب، باز کردن در و پنجره، جابه جا کردن اشیا) نیاز باشد، اعزام ربات پایه متحرک راه حل مشکل است.

محیط های تخریب شده بر اثر زلزله از محیط هایی هستند که اعزام نیروی انسانی جهت شناسایی محیط خطرات جانی برای امدادگر را به دنبال دارد. چرا که پس لرزه ها و سقوط آوار در این محیط ها بسیار محتمل است. ایده استفاده از ربات در این محیط ها مورد نظر محافل علمی جهان است. از آنجایی که پس از زلزله وضعیت حیاتی مصدومان و محل قرارگیری آن ها برای گروه امداد نامشخص است، بهتر است که ربات هایی برای شناسایی و ارسال گزارش به این محیط ها اعزام شوند. سپس گروه امداد با توجه به این اطلاعات دقیقا به سراغ مصدومانی بروند که احتمال نجات آن ها وجود دارد و در کم ترین زمان و با پذیرفتن کم ترین ریسک جانی به محل مورد نظر برسند.

از این ربات ها انتظار می رود بتوانند از موانع صعب العبور ناشی از ریزش آوار عبور کنند و ضمن ارسال تصویر و صدا به مرکز کنترل، اطلاعاتی از وضعیت حیاتی مصدومان مانند دما، حرکت، صدا و گازهای تنفسی را گزارش کنند. همچنین تولید نقشه ای از محیط جست وجو شده و محل قرار گرفتن مصدومان بر روی این نقشه مورد توجه است.

رقابت های روبات های خانگی روبوکاپ

لیگ @Home، لیگ جدیدی در رقابت های روبوکاپ است که توجه عمده آن به کاربردهای دنیای واقعی و تعاملات بین انسان و ماشین با روبات های خودکار است. هدف این لیگ تقویت و گسترش برنامه های کاربردی و مفید روباتی است، گسترش سرویس ها و تکنولوژی های روباتی کمکی با ارتباط قوی برای کاربردهای خانگی شخصی در آینده که می توانند در زندگی روزانه به انسان ها کمک کنند.

این رقابت ها، بزرگ ترین رقابت های سالانه بین المللی روبات های سرویس خودکار است که از مجموعه ای از آزمایش های معیار برای ارزیابی عملکرد و توانایی های روبات ها در محیط های غیر استاندارد واقعی خانگی استفاده می شود. تمرکز اصلی بر روی حوزه های ذیل است اما به آن ها محدود نمی شود: هماهنگی و تعاملات بین انسان و روبات، هدایت و مسیریابی در محیط های دینامیکی، دید کامپیوتری و تشخیص اجسام تحت شرایط با نور طبیعی، اداره کردن اجسام، رفتارهای انطباقی، یکپارچگی رفتار، هوش محیطی، استانداردسازی و یکپارچگی سیستم.

در سال های نخستین، فعالیت این لیگ شامل اتاق نشیمن و آشپزخانه بوده است و به زودی سایر محیط های زندگی روزانه مانند محیط پارک و باغبانی، مغازه، خیابان و سایر اماکن عمومی می شود.

رقابت های نوجوانان روبوکاپ

نوجوانان روبوکاپ یک طرح پروژه محور آموزشی برای دانش آموزان تا مقطع سنی ۱۹ سال است. راهی جدید و هیجان انگیز برای درک علم و تکنولوژی از طریق تجربه های مستقیم کار با الکتریسیته، سخت افزار و نرم افزار. این لیگ با فراهم کردن موقعیت به اشتراک گذاشتن ایده، فرصت یادگیری کار گروهی را ایجاد می کند. گسترش ابزارآلات مطالعه و متودهای جدید آموزش در میان اهداف این پروژه است.

از تمام دانش آموزان، بدون در نظر گرفتن سابقه آن ها در علوم روباتیک، در این رقابت استقبال می شود.

محدودیت های سنی

دانش آموزان مقاطع دبستان و راهنمایی و دبیرستان هدف اصلی لیگ نوجوانان روبوکاپ هستند. برای سن حداقل ثابتی تعیین نشده است، اما انتظار می رود که دانش آموزان دبستانی بتوانند بدون کمک مربی های خود، به تنهایی بخوانند (و در نتیجه برای ربات های خود برنامه بنویسند). دانش آموزان بالای ۱۹ سال اجازه شرکت در تیم های نوجوانان روبوکاپ را ندارند. تیم های دارای دانش آموزان ۱۴ساله و کوچک تر در گروه ابتدایی و تیم های با دانش آموزان بزرگ تر از ۱۴ سال در گروه پیشرفته قرار می گیرند.

لیگ نوجوانان روبوکاپ شامل چهار گروه می شود: حرکات موزون، فوتبال، امداد و نجات و CoSpace

رقابت حرکات موزون

رقابتی که در آن نوجوانان روبات هایی می سازند که لباس های مخصوص به تن داشته و با هارمونی خاصی متناسب با آهنگ حرکت می کنند.

رقابت فوتبال

رقابتی برای طراحی و برنامه ریزی استراتژی های روبات های بازیکن خودکار فوتبال.

رقابت نجات

در این رقابت نوجوانان فرصت می یابند روبات های خودکاری برنامه ریزی کنند که در شرایط سانحه و حادثه قربانیان را نجات دهند.

رقابت CoSpace

RJCC ، یک طرح آموزشی برای تقویت و گسترش دانش و مهارت های برنامه ریزی، مهندسی سخت افزار و دنیای سه بعدی از طریق فناوری روباتیک برای ذهن های جوان است. RJCC قصد دارد تکنولوژی های روباتیک مجازی و حقیقی را به سمت ارتباط دو قطب اصلی آینده که رسانه دیجیتال تعاملی و علم روباتیک نام دارند، ترکیب کند. این رقابت ها برای شرکت کنندگان نوجوان روبوکاپ این امکان را فراهم می آورد تا درباره تکنولوژی های روباتیک، رسانه دیجیتال و مفهوم CoSpace تحقیق کنند. همچنین برای ذهن های جوانی که مشتاق به انیمیشن و بازی کردن در دنیای روباتیک هستند پایگاه مناسبی ایجاد می کند.

RJCC نقش پلی را ایفا می کند که فاصله بین لیگ نوجوانان و لیگ های اصلی شبیه سازی روبوکاپ را از بین می برد. این لیگ برای شرکت کنندگان نوجوان فرصت فراهم می کند تا برنامه ریزی روباتیک و استراتژی های هوش مصنوعی را همراه با رقابت های مبتنی بر شبیه سازی و با امید مهیا ساختن آن ها برای شرکت کنندگان آینده لیگ های شبیه سازی روبوکاپ بررسی کنند.RJCC دو لیگ فرعی هم در بر دارد: رقابت های ماجراجویی CoSpace و رقابت های حرکات موزون