Neuronale Netze ermöglichen Computerprogrammen ein selbständiges Lernen

Die Roboterspezialisten vom Lehrstuhl Informatik 1 der Universität Dortmund treten in diesem Monat an der Universität Paderborn mit ihren kickenden Computern zur 3. offenen deutschen Meisterschaft im Roboterfußball an.

Die Wettkämpfe finden vom 10. bis 13. April im Heinz-Nixdorf-Forum in Paderborn statt. Die Dortmunder unter der Leitung von Prof. Dr. Martin Riedmiller, starten sowohl in der Simulationsliga – wo sie bereits seit mehreren Jahren auch international sehr erfolgreich agieren – als auch zum ersten Mal in der ’Königsklasse’ der autonomen Roboter, der sogenannten ’Mid-Size’-Liga.

Entwickelt werden die Roboter und zugehörigen Steuerungsprogramme an der Universität Dortmund mit viel persönlichem Engagement im Rahmen einer studentischen Projektgruppe und einer freiwilligen Arbeitsgruppe, die von den wissenschaftlichen Mitarbeitern Artur Merke, Martin Lauer und Roland Hafner am Lehrstuhl Informatik 1 betreut werden.

Bildschirm-Spieler lernen aus eigener Erfahrung

In der Simulationsliga treffen keine echten, sondern virtuelle Roboter aufeinander. Jede Mannschaft besteht auf dem Bildschirm oder der Großbildwand aus elf Spielern, von denen jeder – durch ein eigenes Computerprogramm gesteuert – selbstständig auf dem Spielfeld agiert, ohne dass die Programmierer eingreifen. Auf Schnickschnack hat man verzichtet: Die Roboter sind nicht als virtuelle Menschen – etwa gar in Bundesligatrikots – dargestellt, sondern als sich bewegende Kreise.

Das Besondere an der Arbeit der Dortmunder Forscher ist weniger der Spieltrieb als ihr wissenschaftlicher Ansatz: Einen überwiegenden Teil ihrer Spielfertigkeit lernen die Programme der ’Brainstormers’ (so der Name des Dortmunder Simulationsligateams) selbständig und ohne menschliches Zutun. Die Erkenntnisse eignen sich keineswegs nur im Computerspiel, sondern für jeden Computer im räumlichen Geländeeinsatz.

Wesentlicher Bestandteil des Lernens sind dabei sogenannte neuronale Netze. Diese an die Arbeitsweise des menschlichen Gehirns angelehnten Strukturen ermöglichen es, den Computerprogrammen Erfahrungen flexibel zu vermitteln und bei Bedarf wieder abzurufen.

Ein Schwerpunkt der Dortmunder Forscher ist das Lernen im Team: Eigenständige Programme müssen dabei lernen, ihre Entscheidungen so aufeinander abzustimmen, dass ein gemeinsames Ziel erreicht wird. Beim Roboterfußball heißt das vor allem zu lernen, koordiniert abzuspielen und sich freizulaufen, um gemeinsam Tore zu schießen.

Wenn Dreiräder kicken…

In der Mid-Size Klasse treten die Dortmunder dieses Jahr zum ersten Mal an. Hier sind die Roboter real und vollkommen autonom. Die etwa 60 cm hohen Maschinen bewegen sich beim Kampf um den Ball auf je drei Rädern in einem 9 mal 5 Meter großen Fußballfeld.

Die ’Brainstormers Tribots’ der Uni Dortmund bestehen aus einer selbstentwickelten mobilen Plattform, einem Steuerrechner und einem Kamerasystem.

Wissenschaftliches Ziel ist es auch hier, Lernverfahren zu erforschen, die es den Robotern ermöglichen, ihre Fähigkeiten selbständig zu lernen.