I mondiali di calcio del futuro

Mondiali. Basta la parola per rievocare un passato scomodo, fiumi di polemiche, accuse, delusioni o sbadigli. Qui a Motherboard invece pensiamo al futuro: sempre calcio, sempre Brasile 2014. Questa volta però è con i robot. Non chiamatela una seconda chance, è molto meglio.

RoboCup è una competizione internazionale che dal 1997 permette a team di tecnologi da ogni parte del mondo di sfidarsi su un campo da calcio, senza quasi muovere un dito. A fare tutto sono i robot, che dopo il fischio d’inizio vanno lasciati giocare senza altre interferenze. Se avete mai sentito parlare dei tornei di scacchi tra computer degli anni Ottanta, avete capito l’idea.

RoboCup 2014 inizia domani, è articolato in numerose categorie non solo calcistiche, vedrà in campo macchine dalle più diverse forme e dimensioni, ma soprattutto darà la possibilità a un’intera generazione di giovani programmatori e ingegneri di misurarsi tra pari.

Lo scopo di RoboCup è portare una squadra umanoide a competere, e possibilmente vincere, contro una squadra umana entro il 2050. Lo stato dell’arte a 36 anni di distanza è il seguente.

Come ogni anno ormai dal 1998, il team italiano SPQR (Soccer Player Quadruped Robots) rappresenta la robotica italiana a RoboCup. Abbiamo chiesto a Daniele Nardi, professore ordinario di Intelligenza Artificiale alla Sapienza e mentore di SPQR, di aiutarci a dimenticare il Passato e immaginare il Futuro. L’unica costante, ci ha detto, è la superiorità tedesca.

Motherboard: Ciao Daniele, da quanto tempo ti occupi di Robocup?  
Daniele Nardi: Ho iniziato nel 1998. L'iniziativa era appena stata lanciata.

Quali sono le novità di SPQR quest’anno? 
Dal punto di vista scientifico ci siamo occupati delle problematiche di coordinamento e di quelle legate ai processi decisionali attraverso i quali il robot decide quali azioni svolgere in campo. In particolare avremo dei nuovi meccanismi di coordinamento che dovrebbero permettere ai robot di comportarsi in modo più efficiente in situazioni di gioco particolari. Ad esempio la ricerca della palla o la rimessa in gioco.

È vero che nel momento in cui la palla viene messa in campo voi umani non interagite più con i robot? 
Possiamo soltanto osservare ciò che accade, non possiamo assolutamente intervenire. I robot sono completamente autonomi quando cominciano a giocare.

Considerata la differenza di compiti, c’è differenza, ad esempio, tra un attaccante e il portiere? Potete costruirli come oggetti differenti? 
Sicuramente c'è differenza, una differenza sostanziale. Ma è nella programmazione. Il ruolo del portiere è studiato ad hoc, mentre gli altri giocatori sono intercambiabili, i robot agiscono secondo un meccanismo di selezione dinamica. Non c'è un ruolo predefinito, diciamo, di terzino o attaccante. Ma in base alla posizione e alle circostanze di gioco ciascuno dei robot può adottare un ruolo o l'altro. Questo è facilitato dal fatto che una squadra è composta solo da 5 giocatori.

E invece dal punto di vista dell'aspetto? 
Dal punto di vista dell'aspetto sono tutti uguali. Nella categoria in cui partecipiamo noi, la Standard Platform League, tutte le squadre utilizzano lo stesso hardware, cioè usiamo tutti dei robot che sono prodotti appositamente per questo scopo da un'azienda francese, la Aldebaran.

E nelle altre categorie? 
In altre categorie i robot sono autocostruiti, e in quel caso ciascun team realizza anche l'hardware, quindi risultano tutti diversi anche se comunque c’è un insieme di regole da rispettare.

Il paragone con una partita a scacchi, tra computer, regge? 
Sotto un certo punto di vista sono sempre due programmi che competono, ma c'è una differenza fondamentale. Il gioco degli scacchi è puramente virtuale, mentre in questo caso i robot devono agire nel mondo fisico. Mentre per una partita a scacchi non ci sono dubbi su dove verranno posizionati i pezzi, qualunque azione dei robot che giocano a calcio può fallire, essere inficiata da un errore nelle percezioni, essere realizzata in maniera migliore o peggiore a seconda del contesto in cui viene realizzata, un contesto che evolve dinamicamente. Il caso degli scacchi è statico, mentre i robot agiscono sulla base delle percezioni dell'ambiente di gioco e non sulla base di un modello fisso.

Le regole del calcio sono identiche o adattate?  
Cercano di essere il più possibile aderenti a quelle del calcio, ma c'è qualche adattamento. Ad esempio il fuorigioco è interpretato in una maniera leggermente diversa.

I robot possono fare falli?  
I robot non dovrebbero farli ma li fanno, nel senso che il regolamento prevede che i robot non possano intervenire quando l'azione che svolgono non è direttamente rivolta ad acquisire il possesso del pallone. In questi casi interviene un arbitro umano, e i giocatori vengono allontanati dall'azione di gioco e devono riprenderlo dopo una penalità, dal centro del campo.

Ma è possibile programmare i robot per fare un fallo, ad esempio nel caso in cui questo comporti un vantaggio posizionale, così come avviene tra gli umani?  
Sulla singola azione non ci sono, che io sappia, squadre che abbiano una conoscenza ed una strategia tale da programmare dei falli intenzionali. Rispetto al comportamento dei robot in generale, però, tutti cercano di mantenere un comportamento non troppo accondiscendente e gentile nei confronti degli avversari.

Quindi la programmazione è essenzialmente aggressiva. 
Più che la programmazione, diciamo che i meccanismi che servono per evitare gli ostacoli devono essere misurati con una certa attenzione. Essere troppo attenti a evitare gli ostacoli—e anche i giocatori della squadra avversaria vengono considerati come degli ostacoli dal software—porterebbe i robot ad essere troppo morbidi con gli avversari, a spostarsi per farli passare.

Di che dispositivi sono dotati i robot e come li implementate? Hanno, immagino, batterie, camere e sensori di posizione.  
Non hanno sensori di posizione, la posizione è ricostruita a partire dalle immagini che vengono acquisite da telecamere posizionate sui robot. In questo modo il robot riesce a ricostruire la sua posizione in campo, anche se non con assoluta precisione. Oltre alla visione esistono anche altri sensori di tipo acustico e di tipo ottico, che però vengono poco utilizzati perché non consentono un'analisi molto precisa della situazione. Il sensore principale rimane la telecamera, ed è quella che i robot utilizzano per "vedere" gli avversari e stabilire la traiettoria da seguire durante il gioco.

Quali sono le difficoltà maggiori che avete incontrato nel cercare di "allenare" una squadra per la RoboCup? 
La difficoltà maggiore consiste nell'ottenere elevate prestazioni nella percezione dei robot, che si basa su delle riprese realizzate con una camera a bassa risoluzione e costantemente in movimento. Un'altra difficoltà riguarda la parte di locomozione, ovvero la capacità di realizzare in maniera il più veloce possibile i movimenti di gioco. Nel sistema di ogni robot ci sono più di venti attuatori, e anche questo aspetto richiede un grande approfondimento e un grande studio. In più ci sono altri problemi di tipo decisionale e di coordinamento. Ogni soluzione trovata viene pubblicata regolarmente su testate scientifiche qualificate. Sono problematiche di ricerca in senso stretto.

Vi fate aiutare da veri allenatori di calcio? 
Con il mondo del calcio abbiamo tentato diverse volte di creare contatti, ma è un mondo troppo interessato ad altre questioni.

Come sono cambiate le cose in questi quindici anni? 
In rete si trovano alcuni filmati delle prime gare, in cui i robot non erano nemmeno in grado di distinguere la propria porta da quella avversaria. All'epoca i robot erano su ruote, poi si è passati a robot quadrupedi e dal 2008 utilizziamo robot bipedi. Anche la qualità del gioco è in costante miglioramento.

Di quante persone c'è bisogno per formare un team per la RoboCup?
Difficile dirlo, si tratta di un grosso progetto software, stiamo parlando di decine di migliaia di linee di codice. In genere il gruppo è formato da cinque o sei studenti, ma se fossero il doppio sarebbe ancora meglio.

Chi vince la RoboCup cosa vince? 
Sì vincono dei trofei, nessun premio in denaro. Più che la vittoria, però, a me interessa portare gli studenti a contatto con un ambiente professionale molto qualificato, portarli a misurarsi con altri ricercatori di tutto il mondo. Per loro è un’opportunità.

L'obiettivo di RoboCup è costruire entro il 2050 una squadra di robot che sfidi e vinca contro una squadra umana. 
Questo è l'obiettivo dichiarato. Come tutti gli obiettivi che si spingono molto in là nel tempo è un obiettivo fondamentale per stimolare gli sviluppi che ci separano da quel giorno.

Pensi che ci arriveremo?  
Perché no. Ci siamo provando, sicuramente faremo dei grossi progressi. Per rendersi conto che siamo ancora lontani dall'obiettivo è sufficiente guardare il filmati delle partite. La strada da percorrere è ancora molto lunga, però i progressi nel campo della robotica sono sotto gli occhi di tutti, sicuramente nel prossimo decennio saranno diversi i tipi di robot che verranno utilizzati e che inizieranno anche ad entrare nelle nostre case. Probabilmente i primi non saranno i robot umanoidi, ma sicuramente arriveranno anche quelli.

Quante squadre partecipano quest'anno alla RoboCup? 
Quest'anno, nella nostra categoria, si sono qualificate 24 squadre.

L'Italia ha buone possibilità di vincere secondo?
A me piacerebbe che arrivassimo ai quarti di finale, poi a quel punto si vedrà. Ma sono abbastanza fiducioso, devo dire che rispetto al caso del calcio giocato c'è meno imprevedibilità, arrivare al livello delle squadre che sono arrivate in finale lo scorso anno non sarà facile.

Quali sono gli sfidanti più forti? 
C'è la squadra che ha vinto lo scorso anno, che è una squadra tedesca. L'anno precedente aveva vinto una squadra americana dell'Università di Austin, in Texas. Qualche anno prima aveva vinto per un paio di anni consecutivi una squadra di Sidney, in Australia. Quindi diciamo che c'è una certa rotazione. Ma in questo momento i tedeschi sono tra i favoriti.