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Liniziativa RoboCup una sfida alla ricerca in
Intelligenza Artificiale
M. Simi A. Cisternino

• Pisa, 26 Marzo 1999

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Che cosè lI.A.?

• Il settore dellIntelligenza Artificiale (I.A.)
  consiste in unimpresa scientifica e tecnologica
  di lungo respiro che mira a
• costruire macchine intelligenti
• formalizzare la conoscenza e meccanizzare il
  ragionamento
• comprendere i meccanismi dellintelligenza
• innalzare il livello di interazione con le
  macchine

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Obiettivi dellI.A.

• Ingegneristico costruire artifatti intelligenti
• Scientifico comprendere i meccanismi che stanno
  alla base del comportamento intelligente

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Che tipo di capacità?

• Capacità di ragionamento?
• Capacità di simulare il comportamento umano?
• Capacità di interagire in maniera razionale con
  un ambiente e di comunicare?
• Capacità di provare emozioni?

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Capacità di ragionamento
Giocare a scacchi?

• Nel 1997 un computer, Deep Blue, ha battuto il
  campione mondiale di scacchi, Kasparov.
• Fortuna?
• Vantaggio psicologico?
• Forza bruta piuttosto che intelligenza?

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Capacità di simulazione

• Il test di Turing (1950)

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Agenti Intelligenti

• Gli agenti sono situati
• ricevono percezioni da un ambiente
• agiscono sullambiente mediante azioni
• Gli agenti comunicano tra di loro
• sono capaci di collaborare
• sono capaci di difendersi da altri agenti
• Gli agenti hanno credenze, obiettivi, intezioni
  ...

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Cosè RoboCup?

• La Robot World Cup Initiative (RoboCup) è la
  proposta di un problema di riferimento per
  ricerca in I.A.
• Si tratta di realizzare agenti (sw o hw) in grado
  di giocare a calcio.
• Un problema difficile, da usare come banco di
  prova per nuove idee e tecnologie.

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Tecnologie da sviluppare e integrare

• agenti autonomi
• collaborazione tra agenti
• acquisizione di strategie
• ragionamento e pianificazione in tempo reale
• robotica
• tecnologie hw e sw per infrastruttura

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La sfida procede su diversi livelli

• robot reali (real robot league)
• versione software simulata (software agent
  league)
• versione limitata ad abilità specifiche, es.
  tirare un calcio di rigore (special skill
  competion)

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Eventi

• IJCAI 97 (Giappone)
• MAAMAW (Parigi, giugno 98)
• Convegno AIIA (Padova, settembre 98)
• IJCAI 99 (Stoccolma, agosto 99).
• Congresso AIIA (Bologna, ottobre 98)

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La sfida robotica

• Robot di diverse dimensioni
• Small Size League
• Middle Size League
• Legged League

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Small size league
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Medium size league
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Legged league
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Problemi specifici da risolvere

• Riconoscimento di immagini in tempo reale
• Fusione e integrazione di sensori (vista, tatto,
  sonar ...)
• Motori e batterie ad alte prestazioni
• Dispositivi di controllo sofisticati
• Comunicazione a livello hw

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Il problema del calcio simulato

• Come il gioco del calcio ma
• Mondo in due dimensioni.
• Giocatori e palla sono cerchi.
• I movimenti sono simulati per passi
• Collisione di oggetti

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Il problema (cont.)

• I giocatori non conoscono le posizioni assolute.
• Punti di riferimento sul campo bandierine, linee
  e porte.
• I giocatori si stancano
• Visibilità limitata
• Comunicazione limitata

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La sfida software

• Problema reale, ma vincolato da regole
• ambiente dinamico e vincoli di tempo reale
• ambiente non accessibile
• percezioni limitate dalla direzione, dalla
  distanza e dalla capacità di elaborazione
• ambiente non deterministico
• leffetto delle azioni non è certo

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La sfida software (cont.)

• comunicazione tra giocatori limitata dalla
  capacità di comprendere e di utilizzare un
  linguaggio convenzionale
• ambiente multi-agente con giocatori in diversi
  ruoli, alleati o avversari
• utilizzabili tecniche di apprendimento, on-line
  oppure off-line, individuali o di squadra.

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RoboCup a Informatica

• Progetto del corso di Intelligenza Artificiale
  Laboratorio (IAL)
• Risultato 10 squadre di RoboCup con giocatori
  programmati in Lisp
• Piccolo torneo (IAL-Cup 99) che ha visto la
  partecipazione di 6 squadre
• http//medialab.di.unipi.it/Project/Robocup/

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Per contatti con il mondo RoboCup

• Pagine Web
• http//www.robocup.org/
• http//medialab.di.unipi.it/Project/Robocup

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Architettura del simulatore

• In una partita il server simula il mondo e 22
  giocatori interagiscono col server muovendosi
  nellambiente simulato.
• E possibile avere un allenatore che segue il
  gioco da bordo campo.
• Il server calcola le percezioni per ogni
  giocatore e le invia. Esegue i comandi ricevuti
  dai giocatori.

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Architettura
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La rete di comunicazione

• Il mezzo di comunicazione è la rete
• Non è possibile giocare a distanza troppa
  comunicazione!
• Si può giocare con un giocatore per computer con
  una rete di 23 computer.
• Viene utilizzato un protocollo non affidabile
  percezioni e azioni possono perdersi

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Le percezioni

• Ci sono tre tipi di percezioni see, hear e
  sense_body.
• Ogni percezione è riferita al giocatore nel suo
  sistema di coordinate.
• Le percezioni sono rappresentate da liste
  definite da parentesi tonde
• (see 1 (ball ) )

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Le percezioni visive

• La percezione see descrive cosa sta vedendo un
  giocatore.
• La percezione contiene una lista di oggetti
  caratterizzati da tipo, direzione, distanza e
  velocità relative se giocatore il numero e la
  squadra.
• Gli oggetti sono linee, porte, giocatori,
  bandierine, palla ...

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Le percezioni uditive

• Segnala il fatto che qualcuno ha detto qualcosa.
• È il meccanismo che viene utilizzato dal
  simulatore per segnalare le decisioni arbitrali.
• Permette di ottenere meccanismi di comunicazione
  tra giocatori.

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La percezione sense_body

• Contiene lo stato fisico del giocatore.
• Permette al giocatore di conoscere di valutare le
  proprie forze.
• Implica la gestione di una risorsa limitata la
  stamina.
• La stamina è assimilabile ad una valutazione
  dello stato fisico e delle energie disponibili.

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Le azioni

• Il server offre quattro azioni principali dash,
  kick, turn e say.
• Ogni azione potrebbe essere scartata dalla rete e
  comunque non viene eseguita esattamente ma
  vengono introdotti dei correttivi non
  deterministici.
• Il giocatore non può assumere che unazione sia
  andata a buon fine.

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I numeri

• Il server esegue 10 cicli per secondo di
  simulazione. Un match dura 6000 cicli.
• In un secondo il server calcola 330 percezioni e
  le invia ad ogni giocatore. Riceve circa 220
  comandi dai giocatori.
• Il server in media genera in 5 minuti di partita
  198000 messaggi e ne riceve in media 132000.

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RoboCup linfrastruttura

• Una delle sfide di RoboCup è una sfida allo
  sviluppo di supporti sw/hw per i tornei.
• Esempi monitor 3D, commentatori automatici,
  arbitri automatici
• Sviluppati a Pisa
• RoboMon
• Championship manager

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RoboMon

• Il RoboMon è un monitor per il torneo simulato di
  RoboCup. È stato sviluppato presso il nostro
  dipartimento.
• È scritto in Java e VRML, non serve quindi alcun
  supporto oltre che un browser per poterlo usare.
• È un monitor sia 2D che 3D.

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RoboMon3D

• La versione 3D del monitor è piuttosto complessa.
• Si sono dovuti ricostruire comportamenti non
  disponibili come ad esempio il movimento dei
  giocatori.
• Gli strumenti standard disponibili in rete sono
  flessiblili ma poco efficienti.