Hoog bezoek voor ‘OOTI 2009’, de ontwerpersopleiding Technische Informatica, op een vrijdagochtend begin maart. Carel van der Poel, directeur Research & Development van elektronische microscopenfabrikant FEI, komt langs voor een bliksembezoek. Er is kort tijd ingeruimd voor een presentatie van het project ‘Turtle Vision Simulator’, in handen van de aanstormende softwareontwerpers van het Stan Ackermans Institute van de 3TU. De enthousiaste club bestaat uit elf nationaliteiten en heeft zich dertig werkdagen en een aantal weekeinden gebogen over de verbetering van een simulatieprogramma voor de voetbalrobots van Tech United van de TU/e. Van der Poel luistert aandachtig en stelt kritische vragen. Als de slideshow ten einde is, vertrekt het gezelschap. Vier OOTI-trainees blijven achter en vertellen over hun project: Yogesh Khambia, Marco Verstege, Catharina Ibrahim en Ernest Lobo.

De voorgaande lichting OOTI’s heeft al een simulatieprogramma voor Tech United ontwikkeld. Daar wordt nu op voortgeborduurd, zo stelt het viertal. Doel is om de robots van het spreekwoordelijke knollenveld naar een prachtige grasmat te dirigeren, waar ze naar hartenlust kunnen trainen onder allerlei condities.

Het bestaande simulatieprogramma van Tech United gebruikt het visie- en objectdetectie gedeelte van de robots niet. Dankzij aanpassingen van OOTI 2009 beschikt de simulator nu over een realistisch driedimensionaal model waarmee ook de visie kan worden getest. Een opdracht die wel is besteed aan de enthousiaste ontwerpersgroep. “Natuurlijk, het is hard werken. Soms gaan we ook in het weekeinde door. De klus moet nu eenmaal binnen zeven weken klaar zijn”, zegt Ernest Lobo. Volgens hem was de grootste hobbel niet zozeer het ontwikkelen van een nieuw concept, maar eerder het analyseren van het bestaande simulatieprogramma. Een aantal OOTI’s is intensief met de ontleding bezig geweest, terwijl de rest van de groep alvast aan de slag ging met het ontwikkelen van nieuwe programma’s. “De vraag van Tech United was leidend in ons onderzoek”, geeft Marco Verstege aan. “De opdracht luidde: ontwikkel een betrouwbare en uiterst reële uitbreiding voor het simulatieprogramma waardoor we zonder inzet van de voetbalrobots ook de beeldverwerkingsoftware kunnen testen.”

De bestaande simulator beschikt over de posities van alle robots en de bal. De ‘Turtle Vision Simulator’ creëert met behulp van deze posities een driedimensionale wereld. Hiervan worden voor iedere robot plaatjes gemaakt die overeenkomen met de beelden die een echte robot via een camera binnenkrijgt. De plaatjes worden gebruikt om de robot te lokaliseren op het veld, de positie van tegenstanders te berekenen en -uiteraard- om te bepalen waar de bal is.

Op verzoek van Tech United ging de OOTI-lichting 2009 aan de slag met het 3D-modelleerprogramma ‘Blender’ dat onder andere driedimensionale beelden verwerkt en toont. Gaande de rit ontdekte de OOTI-ontwerpers dat de voetbalrobots wel konden ‘zien’, maar dat ze niet altijd door hebben op welke positie ze in het veld staan. Niet zo handig als je wereldkampioen wilt worden. Dat verkeerd interpreteren van de binnenkomende beelden komt door de symmetrie van het speelveld. Een robot in de middencirkel ziet een goal, een achterlijn en zijlijnen. Als de robot zich echter 180 graden omdraait, ziet hij eenzelfde beeld. Maar hij kan daarbij geen onderscheid maken tussen het doel van de tegenstander en het eigen doel. Een terugspeelbal kan dus gemakkelijk ontaarden in een schot op goal.

Door een blikveld te ontwikkelen van 360 graden en driedimensionale beeldverwerking toe te passen, gaat het ‘spelinzicht’ van de robots met sprongen vooruit. Ze zien beter hun eigen positie, maar ook die van andere spelers. Voor het aanleveren van de 360-graden-beelden, werd aanvankelijk een bolvormige spiegel gekozen die recht boven de robotcamera werd geplaatst. Maar die gaf niet de optimale zichthoek, zodat hij is vervangen door een conische spiegel met een betere focus op het speelveld.

Door de uitbreiding van OOTI kunnen de robots nu niet alleen zien wat ze doen in de simulator, maar is het voortaan ook mogelijk om te trainen onder alle ‘weersomstandigheden’. Ibrahim: “We hebben in ons simulatieprogramma ook de mogelijkheid opgenomen om te testen op ‘disturbance’. Ieder speelveld en elke sporthal is weer anders. Het licht, de kleuren, kortom de hele omgeving kan van invloed zijn op het gedrag van de robots.”

De voordelen zijn duidelijk. Tijdens de huidige oefensessies kunnen de mechanische voetballers behoorlijk op elkaar knallen of in het rond stuiteren. De kans op een ‘blessure’ is niet denkbeeldig. Bovendien zijn trainingen telkens van korte duur omdat de batterijen van de robots het ongeveer drie kwartier volhouden. Om die weer op te laden en de testen te hervatten, duurt langer dan het gebruikelijke kopje thee in de pauze. Dankzij het zeer realistische simulatieprogramma kan het begeleidingsteam van Tech United voortaan eindeloos oefenen zonder robots. De tijdsbesparing, veiligheid en handigheid die dat oplevert, zal zich terugbetalen in het veld.

De ‘midsize’ voetbalrobots van Tech United hebben afgelopen jaren een behoorlijke reputatie opgebouwd tijdens Europese en mondiale kampioenschappen. Ondanks hoge eindklasseringen laten de robots toch nog steekjes vallen. Met het nieuwe simulatieprogramma kan het finetunen beginnen. “Om zo dicht mogelijk bij de opdracht te blijven, overleggen Tech United en OOTI tijdens het project iedere week. Bovendien kan Tech United online inchecken bij onze groep. Zo vullen we de missende componenten aan. Dat vergt veel onderzoek en leidt tot levendige discussies”, meent Khambia.

“We hebben vooral bestaande tools gebruikt en slechts enkele nieuwe simpele algoritmes gebruikt. Het was vooral een kwestie van combineren”, zegt Ibrahim. “De robots in de simulator hadden voeten, én hebben voortaan ook ogen.” “Nu nog de hersens”, lacht Lobo. (FvO)/.