Футбол будущего: как российские школьники взяли золото на робототехническом чемпионате в Абу-Даби

Рассказываем, почему в рамках RoboCup роботы играют в футбол, как московской команде удалось подняться с нижних строчек рейтинга на вершину и почему юным инженерам так важно участвовать в международных турнирах.

Инженерные и ИТ-классы, экскурсии на ведущие производства, проектная работа в вузах и получение профессии в колледжах — Москва готовит будущих инноваторов со школьной скамьи. Ученики не только создают собственные технологические проекты, но и побеждают с ними на всероссийских и международных состязаниях. В ноябре столичные школьники одержали победу на мировом чемпионате по робототехнике RoboCup в Абу-Даби.

Корреспонденты пообщались с участниками команды и их тренером. О том, как проходил отбор, какими технологиями оснастили своего робота, с какими сложностями столкнулись и какие перспективы открыла победа — в нашем материале.

Глобальные соревнования для юных инженеров

Робототехника — одно из самых перспективных направлений, находящее применение в самых разных сферах. Автоматизированные системы уже помогают хирургам, производят детали на заводах, доставляют грузы и исследуют космическое пространство. На занятиях по робототехнике школьники могут познакомиться с профессией будущего уже сегодня.

«Это мультидисциплинарная область. Она позволяет применить на практике знания, полученные на физике, математике и информатике, а также развить навыки в программировании, конструировании, моделировании и электронике. Московские школы и центры допобразования имеют для этого всю необходимую материальную базу. Технологии 3D-печати, моделирования и лазерной резки помогают создавать сложные устройства. Лучшие из них отправляются на соревнования. RoboCup — один из самых известных, масштабных и престижных мировых турниров по робототехнике. Он проходит на городском, затем на всероссийском уровне, а финалисты отправляются на международный чемпионат. В младшей лиге соревнуются ученики 9–11-х классов, в старшей — студенты и научные коллективы», — отметил тренер сборной Всероссийской олимпиады школьников по робототехнике, наставник московской команды на турнире RoboCup Сергей Мустафин.

В этом году мировой финал проходил в Абу-Даби, столице ОАЭ. В нем участвовали более 700 человек из 22 стран, включая Германию, Австралию и Китай. Россию представляли 18 команд, пять из которых были из Москвы. 13 столичных школьников заняли призовые места или были отмечены в специальных номинациях. Трое стали чемпионами. Это девятиклассники Вера Гасан из школы № 1514 и Дмитрий Моисеев из школы № 1547, а также десятиклассник Владислав Закиров из школы Центра педагогического мастерства.

«Задача участников RoboCup — создать автономных роботов для игры в футбол, которые самостоятельно забивают голы в ворота соперника. Почему именно футбол? Это самая популярная игра, чьи правила понятны всем. Так можно привлечь к техническим соревнованиям внимание самой широкой аудитории. В младшей лиге состязаются колесные роботы, один на один или два на два. Студенты соревнуются в футбле человекоподобных роботов. Команда МФТИ в этом году также заняла первое место в одной из категорий. Моя роль как наставника заключалась в координации работы ребят, чтобы они представили свой проект в лучшем виде. Ведь улучшать его можно бесконечно. Я помогал им не потеряться в бесконечных доработках», — подчеркнул тренер.

От дна турнирной таблицы к чемпионскому титулу

Утонуть в доработках было проще простого. На создание каждого «игрока» уходит около полутора лет. Авторы демонстрируют робота на соревнованиях разного уровня, выявляют недостатки, перенимают опыт других команд. К следующему турниру устройство совершенствуется. Так что на RoboCup школьники привезли уже обновленную версию своего робота. Они прошли собеседование на английском языке, где подробно рассказали о подсистемах своего изобретения и роли каждого участника.

Затем начались игры. В первый день соревнований команда оказалась на последних местах в рейтинге. Так что процесс отладки продолжался даже между матчами.

«У нас возникло множество неполадок, например, отказал модуль, отвечающий за вращение колес. Пришлось оперативно все чинить. Мы очень нервничали. Каково же было наше удивление, когда мы вырвались с замыкающих позиций в лидеры! Наш робот действительно оказался сильным. Его ключевое преимущество — бесколлекторные моторы, которые обеспечили высокую скорость. Некоторых соперников робот обыграл именно за счет быстроты. Также уникальна система зрения. Обычно устройства ориентируются на поле с помощью камеры, направленной вверх, на зеркало. Но это искажает изображение. Мы использовали две камеры: спереди и сзади, чтобы охватить все пространство. Кроме того, робот оснащен датчиком, который считывает инфракрасное излучение от мяча и так находит его на поле. Наш “футболист” маневренный, он ловко объезжает мяч, чтобы нанести точный удар», — поделилась Вера Гасан.

В команде она отвечала за электронику. Как признается победительница, робототехника привлекает ее возможностью применить на практике знания по одному из любимых предметов — математике.

А Дмитрий Моисеев, ученик ИТ-класса, занимался программированием. Благодаря его работе прошивка получилась сложной и продвинутой.

«Как и другие роботы, наш определяет ворота с помощью камеры. Но на поле может быть слишком темно, или ворота по цвету сливаются с бортиками. Тогда алгоритмам сложнее распознать границы и, как следствие, рассчитать удар. На турнире в Абу-Даби ворота были темно-синими, а бортики — черными, многие роботы не справлялись. Мы же настроили усиление цвета. Наше устройство видело обстановку с повышенной контрастностью и легко ориентировалось», — рассказал он.

Особенно напряженной была борьба за третье, второе и первое место: соперники не сдавались. В эти трудные дни ребят поддерживал наставник.

«Соревнования — это огромный стресс для школьников. Наставник должен тонко чувствовать команду, потому что подростки не всегда могут правильно распределить время и силы. Нужно в нужный момент подбодрить или успокоить, дать ребятам передохнуть или мотивировать собраться и завершить работу. Я испытывал огромную гордость за них, когда объявляли победителей. Они долго шли к этому, показали, на что способны, и увезли заслуженную награду», — добавил Сергей Мустафин.

Признание, новые горизонты и сообщество единомышленников

Владислав Закиров отвечал за конструирование устройства.

«Я получал удовольствие от соревнований, даже когда у нас ничего не получалось и мы в спешке все переделывали. Игра была непредсказуемой и напряженной, но как же приятно было видеть, как наш робот забивает голы. За это я и полюбил робототехнику: здесь ты можешь воплотить идеи в реальность. Все это время наставник был с нами, его вклад неоценим. Он помогал, даже когда руки опускались. Все команды были достойны победы, счет шел на равных, и исход матча решал разрыв в один гол. Здорово, что нам удалось занять первое место в такой серьезной борьбе. Мы достойно выступили на мировой арене, представили свой город. А еще познакомились с единомышленниками из разных стран, показали свои наработки и почерпнули идеи у коллег», — уточнил Владислав Закиров.

Теперь команда планирует переход в старшую лигу RoboCup. Они уже начали внедрять в робота искусственный интеллект: благодаря ИИ он сможет находить мяч с помощью камеры (без необходимости инфракрасного излучения). Нейросеть также будет определять местоположение противника.

Победители Всероссийской олимпиады школьников по робототехнике получают право на поступление без экзаменов в ведущие инженерные вузы России, такие как МГТУ имени Н.Э. Баумана и МФТИ. А достижения на RoboCup являются признанным во всем мире значимым результатом.

«Я узнал для себя много нового на турнире, например, как сенсоры робота могут по-другому взаимодействовать с окружающей средой. Впервые увидел состязания такого уровня и получил признание международного сообщества. Москва предоставляет школьникам все условия для развития. Это и оснащенные высокотехнологичным оборудованием ИТ-полигоны, и опытные преподаватели, и возможность участвовать в различных конкурсах. Я хотел бы связать свою жизнь с робототехникой, надеюсь, победы на олимпиаде и в RoboCup помогут мне поступить в такой вуз, как МГТУ имени Н.Э. Баумана», — заключил Дмитрий Моисеев.