BAHIA-PV: O TIME DE FUTEBOL DE ROBÔS EM AMBIENTE DE REALIDADE AUMENTADA
HUGO SILVA1, FÁBIO FERREIRA2, MARCO A. C. SIMÕES1,2,3, JESSICA MEYER1, HELDER ARAGÃO3,
RICARDO LIMA3
1
Núcleo de Arquitetura de Computadores e Sistemas Operacionais (ACSO)
Universidade do Estado da Bahia (UNEB)
Rua Silveira Martins, 2555, Cabula. Salvador – BA – Brasil
2
Faculdade Ruy Barbosa (FRB)
Rua Theodomiro Batista, 422, Rio Vermelho – BA – Brasil
3
Grupo de Pesquisa em Computação Inteligente (GPCI)
Centro Universitário da Bahia (FIB)
Rua Xingu, 179, STIEP. Salvador – BA - Brasil
E-mails: hugodaluz@gmail.com, fabioferreira16@gmail.com, msimoes@uneb.br,
jessy.meyer@gmail.com, helder@fib.br, ricardolima_uneb@yahoo.com.br
Abstract This paper describes the activities of the research group Bahia Robotics Team (BRT) in preparation of the Bahia-PV
team for the Physical Visualization(PV) Sub-League, disputed for the first time in RoboCup 2007 at Atlanta. In this paper we give an
overview of this new sub-league, and present the proposal for the architecture and strategies of a robotic soccer team in PV environment. We also present new applications that explores the potentiality of the PV environment.
Keywords RoboCup, Robotic Soccer, Augmented Reality, Robotics Education.
Resumo Este artigo descreve as atividades do grupo de pesquisa Bahia Robotics Team (BRT) na preparação do time Bahia-PV
para a sub-liga Physical Visualization(PV), disputada pela primeira vez na RoboCup 2007 em Atlanta. Neste artigo descrevemos
essa nova sub-liga, a arquitetura e estratégias propostas para a implementação de um time de futebol de robôs no ambiente PV.
Também apresentamos a proposta de novas aplicações para explorar as potencialidades do ambiente PV.
Palavras-chave RoboCup, Futebol de Robôs, Realidade Aumentada, Robótica Educacional.
1. Introdução
A RoboCup é uma iniciativa internacional que visa
encorajar pesquisas na área de inteligência artificial
e robótica inteligente, com o objetivo de capacitar
robôs para a realização autônoma de atividades e
formação de equipes na realização de tarefas
cooperativas. Criada em 1996 (KITANO et al.,
1997), a RoboCup fornece um problema padrão, o
Futebol de Robôs, onde variadas linhas de pesquisa
podem ser integradas e examinadas, tais como:
desenvolvimento de agentes autônomos, colaboração
entre agentes, raciocínio em tempo real e robótica. A
principal meta da RoboCup é desenvolver até 2050
um time de robôs humanóide completamente
autônomo que possa vencer os atuais campeões
mundiais de futebol humano. Esse desafio ambicioso
já se tornou um objetivo compartilhado entre a
comunidade de IA e robótica.
A sub-liga Physical Visualization (PV) é um das
sub-ligas dentro da Liga de Futebol Simulado da
RoboCup. Nessa categoria serão utilizados mini
robôs CITIZEN que irão se mover em uma tela
plana rígida (TV ou monitor) usada para projetar um
campo de futebol virtual e também outros objetos
virtuais, como bolas. Essa integração de elementos
virtuais gerados por computador com o mundo real é
conhecida como Realidade Aumentada (RA). Essa
composição tem o objetivo de aprimorar a percepção
sensorial e pode ser entendida como uma forma de
interface homem-máquina que não tem um único
foco de atenção (ZORZAL et al., 2005).
flexibilidade, longevidade e aumento considerável
no desempenho do motor, que foi feito sob
encomenda baseado no motor do relógio de pulso
Eco-Drive, da CITIZEN. Esse robô pode ser visto na
Figura 2.
Figura 1: Configuração do Ambiente de Realidade Aumentada da
sub-liga Physical Visualization. (Physical Visualization, 2007)
A figura 1 apresenta a configuração da RA nessa
nova categoria: uma câmera acima da tela, usada
para localizar os robôs e retransmitir para um
simulador do campo de futebol. Os mini robôs são
controlados por agentes externos que conectam ao
simulador e adquirem informação sobre o estado
atual do jogo através da rede. Essa estrutura de
realidade aumentada oferece grande flexibilidade e
possibilita uma grande variedade de aplicações.
Esses robôs serão produzidos com um custo
relativamente baixo para que seja uma plataforma
atraente para escolas e instituições de pesquisa com
baixo orçamento. Além disso, a possibilidade de
adaptação da Realidade Aumentada torna os robôs
adequados para o uso como uma ferramenta didática
para educação em uma variedade de temas. Assim,
os mini robôs podem ser utilizados preenchendo
uma lacuna existente entre a RoboCupJunior e as
ligas mais avançadas, onde na maioria das vezes
estudantes de mestrado e doutorado estão
envolvidos. (Physical Visualization, 2007)
Figura 2: Imagem do Eco-Be
Os requisitos para a montagem do ambiente pode ser
encontrado no manual fornecido pelos organizadores
da sub-liga PV (YANAGIMACHI & GUERRA,
2007) e são os seguintes:
Os mini robôs CITIZEN com as baterias
carregadas.
Uma câmera compatível com o padrão
IEEE1394 instalada no computador
juntamente com as bibliotecas para seu
controle e os arquivos de calibração para
detecção dos robôs.
Um transmissor infravermelho baseado no
LIRC (Linux Infrared Remote Control) ou
IRTrans instalado e uma aplicação
fornecida escutando um socket TCP/IP.
Uma aplicação cliente capaz de se
comunicar com o servidor via UDP para
troca de informações e controle dos robôs.
2. Arquitetura de Hardware
3. Software
Cada robô vem equipado com um painel de
comando formado por um microcontrolador
PIC18LF1220, da família de microcontroladores
PIC18 de 8bits, que possui 4kb de memória de flash
reprogramável, além de um sensor de Infravermelho
para receber os comandos gerados pelo PC. Possui
ainda baterias recarregáveis, que permitem maior
A arquitetura de software utilizada pelo servidor está
conceitualmente baseada nas utilizadas pelas ligas
de simulação, garantindo que os jogadores sejam
programados individualmente como agentes
isolados. Essa arquitetura permite grande
flexibilidade na simulação de sensores e atuadores
ainda não implementados nos robôs.
Atualmente, o servidor funciona conectado a um
transmissor infravermelho e a uma câmera
compatível com o padrão IEEE1394 para receber o
feedback da posição dos robôs. Essa aplicação é
responsável por gerar a informação sobre os objetos
ao redor do jogador de acordo com sua posição no
campo. Ao receber os dados, o cliente pode começar
a tomar decisões de acordo com o estado do jogo e
enviar os comandos dos movimentos que o robô deve
executar ao servidor que decidirá se as instruções
serão repassadas ou não na forma de comandos
infravermelhos, dependendo do estado do jogo.
O Nível Cognitivo, terceira camada, ainda
está em fase de implementação no Bahia
2D e será o responsável pelos planos e
metas do time com base nas informações
dos níveis inferiores.
Figura 3: Divisão em camadas da arquitetura proposta. Adaptado de
(COSTA et al., 2006).
3.1 Agente Proposto
Com base na arquitetura disponível ficou definido
que seria utilizado o Bahia2D (SIMÕES et al., 2007)
como base para desenvolvimento do agente da subliga PV. Essa escolha foi influenciada pela
experiência dos integrantes do grupo de pesquisa
que trabalham com esse time e pelo bom
desempenho do mesmo que está classificado na
categoria simulação 2D na RoboCup 2007.
Esse agente é baseado no UvA Trilearn (BOER &
KOK, 2002) e possui rotinas implementadas
utilizando Lógica Fuzzy (ZADEH, 1965) e Redes
Neurais Artificiais (HAYKIN, 2001). A arquitetura
atual foi inspirada no agente cognitivo do Mecateam
(COSTA et al., 2006) e está dividida em três
camadas interrelacionadas, como pode ser visto na
Figura 3.
O Nível Reativo é a camada mais baixa
onde as ações são executas e as percepções
recebidas. É através dela que o agente se
comunica com o servidor, através dos
métodos do UvA Trilearn.
O Nível Instintivo, segunda camada, é onde
as informações que chegam do servidor são
tratadas e análisadas pelos diversos
métodos de tomada de decisão. Alguns
desses métodos utilizam Redes Neurais
Artificiais(RNA) e Lógica Fuzzy e estão
relacionados ao posicionamento, marcação,
decisões para passe, chute à gol e ao
controle de energia.
4. Possibilidades Futuras
Usando a configuração de RA sugerida, podem ser
usadas projeções de características ambientais que
cercam os robôs ao invés de objetos reais ou arenas.
Entre as vantagens principais de usar este ambiente
de RA, pode ser mencionada a grande flexibilidade
na criação de novas aplicações devido ao controle de
parâmetros e características dos objetos virtuais. Por
exemplo, o diâmetro da bola e sua dinâmica podem
ser facilmente modificados.
5. Novas Aplicações
A RoboCupJunior (RCJ) é um projeto de robótica
educacional orientado para jovens estudantes com
foco na educação, estimulando um ambiente de
desenvolvimento para expandir o conhecimento e
despertar a curiosidade sobre tecnologia. A RCJ
começou em 1998, com uma demonstração na
RoboCup-98
em
Paris.
Atualmente,
a
RoboCupJunior consta de três desafios: futebol,
resgate e dança, havendo também diferentes
categorias por faixa etária (RoboCupJunior, 2007).
Estabelecer uma transição na RoboCup, da categoria
júnior para sênior, se tornou um grande desafio. A
sub-liga PV, através dos mini robôs da Citizen,
viabiliza uma maior integração entre os dois níveis
por proporcionar um ambiente físico e simulado que
não necessita da intervenção de engenharia no
desenvolvimento dos projetos pelos jovens
estudantes (Physical Visualization, 2007).
O ambiente proposto pela PV, apesar de estar um
pouco distante dos projetos realizados na RCJ, é o
caminho mais propício para a continuidade dos
estudantes oriundos da RCJ em direção às pesquisas
avançadas desenvolvidas nas ligas avançadas da
RoboCup. A Physical Visualization proporciona
uma integração entre universidades (cujos
pesquisadores desenvolverão novas aplicações e
jogos para a PV) e escolas (onde os alunos utilizarão
os resultados das pesquisas produzidas na
universidade), preenchendo a lacuna entre os dois
níveis.
Além do jogo de futebol já disponível originalmente
na PV, é interessante a criação de outros jogos e
desafios que possam atingir os diversos níveis de
estudantes. Uma proposta que será desenvolvida
pelo grupo Bahia Robotics Team, visando a
utilização com estudantes avançados da RCJ e, ou,
graduandos iniciantes da área de tecnologia, como
ferramenta em disciplinas de introdução à
programação, inteligência artificial, entre outras é o
Labirinto do Minotauro (BULFINCH, 2006). A
proposta está descrita na próxima subseção.
5.1. Proposta do Jogo
A proposta é um jogo baseado no mito do
minotauro, freqüentemente implementado, por
possibilitar conceitos tradicionais de procura, lógica
e sistemas especialistas (KUMAR, 2001), em
disciplinas de introdução à programação e
inteligência artificial. O jogo Labirinto do
Minotauro confronta duas equipes que devem
programar dois robôs cada, o Minotauro e Teseu.
O mapa do jogo, o labirinto, estabelece duas
saídas/entradas, uma para cada equipe, na qual os
robôs que representam a figura de Teseu deverão
entrar para resgatar os atenienses (círculos azuis e
vermelhos, ver figura 4) do labirinto. Os robôs
minotauros deverão sair do centro do labirinto e
“devorar” os atenienses da equipe adversária.
Quanto a pontuação, cada ateniense “devorado”
deverá valer metade dos pontos estabelecidos para os
atenienses
resgatados
pelo
robô
Teseu.
Figura 4: Mapa do Labirinto
O jogo proporciona níveis diferentes de forma que,
num nível iniciante, os atenienses são projeções
gráficas, parados em locais aleatórios dentro de um
perímetro específico. Já num nível mais avançado,
os mesmos podem ser agentes autônomos
(programados pela equipe) que estarão em constante
movimento no labirinto, podendo fugir do minotauro
adversário, porém não podenm sair do labirinto sem
a “liderança” de Teseu (o robô). Nesta nível, é
possível que os atenienses procurem o “seu Teseu”
para serem resgatados.
O ambiente de realidade aumentada proporciona
uma maior dinâmica nos desafios propostos, pois
possibilita alterações no cenário como, por exemplo,
as paredes do labirinto se reorganizarem, ampliando
a complexidade do jogo.
5.2. Outras Propostas
Durante a RoboCup Atlanta 2007, uma outra
proposta de jogo foi idealizada, baseada no jogo de
xadrez, no qual os mini-robôs da Citizen serão peças
controladas pelo simulador para desafiar oponentes
humanos. No intuito de baratear a nova aplicação,
ao invés da tela touch-screen (sensíveis ao toque), as
peças originais do jogo receberiam as imagens que
criariam avatars para que o simulador possa avaliar
a movimentação
das peças conduzidas pelo
humano. Uma outra alternativa a tela touch-screen
seria colocar um marcador no dedo do jogador
humano para que a câmera, do próprio ambiente PV,
consiga captar para onde o jogador deseja mover a
sua peça virtual. Assim, utilizando o próprio
ambiente físico do PV, torna-se possível simular
uma tela touch-screen. Isso abre um leque para
inúmeras outras aplicações, sem ser necessário
novos gastos com equipamentos.
A opção pelo xadrez faz jus não apenas para
referênciar o jogo de tabuleiro que por muitos anos
serviu de modelo para o desenvolvimento da
inteligência artificial, mas por ser um estimulo a
aprendizagem através de jogos, objetivando
proporcionar o aumento da capacidade de abstração
e lógica para estudantes (enxadristas), como
também, fomentar o desenvolvimento de pesquisas
em robótica e áreas afins.
6. Conclusão
Esse artigo apresentou os primeiros passos do grupo
Bahia Robotics Team na nova sub-liga da Robocup,
a
Physical
Visualization.
Atualmente
o
planejamento da arquitetura dos agentes jogadores
de futebol e a adaptação do time Bahia2D para essa
nova categoria estão em progresso. Estes resultados
foram parcialmente apresentados na Robocup 2007
em Atlanta e estarão aprofundados no Robocup
Brazil Open 2007 em Florianópolis.
Além disto, o grupo tem trabalhando também no
desenvolvimento de um nova aplicação baseada no
mito do minotauro, que apresenta uma adaptação do
ambiente de realidade aumentada para a
aprendizagem de raciocínio lógico, algoritmos e
estratégias de busca em inteligência artificial. Os
objetivos desta aplicação são direcionados a
estudantes do ensino médio, técnico e graduandos
iniciantes, numa clara integração entre a
universidade e a escola. Esta aplicação alia-se
também aos objetivos da sub-liga PV de preencher a
lacuna existente entre a Robocup júnior e as ligas
mais avançadas da Robocup.
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