Robotska tekmovanja

Pomerimo se! Kdo zgradi boljšega robota?  

Ljudje smo radovedni in ustvarjalni. Raziskujemo in ustvarjamo na različnih področjih, prav tako pa se radi med seboj pomerimo in tekmujemo v različnih dejavnostih. Tekmujemo iz veselja in potrebe. Med seboj tekmujemo na športnih in lepotnih tekmovanjih. Na umetniškem področju tekmujemo za naziv najboljšega ustvarjalca glasbe, filma, najboljšega pisca romana, drame, pesmi ali za naziv najboljšega pevca, igralca ipd. Na področju naravoslovja in tehnike poznamo tekmovanja iz matematike, fizike, kemije, biologije, modelarstva, robotike ipd. V znanosti se potegujemo za Nobelove nagrade.
V današnjem času so tekmovanja vse pomembnejša, ker spodbujajo iskanje in usvajanje novih znanj, izdelkov ali umetniških del in nas pripravljajo na vseživljenjsko učenje in ustvarjanje.

Robotika spada med sodobne tehnologije in se zelo hitro razvija. Čeprav razvoj robotike ne sledi pogumnim napovedim iz preteklosti, pa roboti kljub temu naglo prodirajo v vse pore našega življenja. Tukaj je seznam svetovnih in domačih tekmovanj iz robotike, na katera se boste lahko vključili tudi sami.

Svetovna robotska tekmovanja

V svetu se je razvila velika množica različnih robotskih tekmovanj. Spoznali bomo dve največji svetovni robotski tekmovanji First Lego League (FLL) in RoboCupJunior.

First Lego League (FLL)

Ime First Lego League (FLL v nadaljevanju) v slovenščini pomeni Prva lego liga. Tekmovanje je namenjeno mladim, starim od 10 do 16 let

(podatki veljajo za Srednjo Evropo). Na tekmovanju sodelujejo ekipe, sestavljene iz najmanj petih in največ desetih otrok ter enega odraslega, ki ni nujno učitelj in je vodja ekipe.

Tekmovanje FLL se je leta 1998 začelo v Združenih državah Amerike in se od tedaj razširilo v več kot 56 držav sveta. Zasnovano je na znanstvenih problemih sodobnega časa. Vsako leto se razpiše nova tema tekmovanja, in sicer je to eden od sodobnih znanstvenih problemov. Od začetka tekmovanja do danes so se v okviru FLL

v navedenem zaporedju zvrstile naslednje teme: Pilotsko leto (Pilot Year, 1998), Prvi stik (FIRST Contact, 1999), Vulkanska panika (Volcanic Panic, 2000), Vpliv na Arktiko (Arctic Impact, 2001), Znamenitosti mesta (City Sights, 2002), Odprava na Mars (Mission Mars, 2003), Brez meja (No Limits, 2004),  Popotovanje po oceanih (Ocean Odyssey, 2005), Nano izziv (Nano Quest, 2006), Energijska uganka (Power Puzzle, 2007), Klimatske povezave (Climate Connections, 2008), Pametno premikanje (Smart Move, 2009) in Podpora telesu (Body Forward, 2010).

Tema tekmovanja smiselno povezuje osnovna sestavna dela tekmovanja: 

• robotsko tekmovanje,
• projekt. 

Na podlagi teme tekmovanja se vsako leto določijo tekmovališče in naloge, ki jih mora robot opraviti. Robotova izvedba nalog se točkuje; čas je omejen na dve minuti in pol. Sestavni del robotskega tekmovanja je tudi tehnični razgovor ekipe s skupino sodnikov o načrtovanju in delovanju njihovega robota. Sodniki ocenjujejo izvirnost zgradbe robota in uporabo primerov dobre prakse za zanesljivo delovanje robota.

Vsaka ekipa mora v okviru tekmovanja izdelati projekt, ki se navezuje na temo tekmovanja. Izberejo enega izmed znanih znanstvenih problemov in predlagajo rešitev. Ta je lahko izvirna, lahko pa temelji tudi na kateri izmed že predlaganih rešitev. Sestavni del priprave na projekt je razgovor z znanstveniki iz bližnje okolice, v kateri ekipa živi, ki se ukvarjajo z obravnavanim problemom. Vsaka ekipa mora projekt tudi javno predstaviti.

Letošnja tema se imenuje Podpora telesu (Body Forward, 2010). Tekmovalne ekipe raziskujejo vznemirljiv svet biomedicinskih tehnologij, ki zajema nove načine zdravljenja poškodb, odpravljanje genetskih napak in ohranjanje zdravega in krepkega telesa.

Za sodelovanje na tekmovanju vsaka ekipa potrebuje posebno izdajo lego kock, namenjenih prav tekmovanju. V izdaji na temo Podpora telesu so plastična podlaga za tekmovališče ter kocke za gradnjo elementov, razporejenih po tekmovališču, kot so kost, noga, umetna roka, možgani, arterija, injekcija ter predmeti iz izhodišča tekmovališča: mavčna obloga, srčni spodbujevalnik, bionski očesi ipd. Vsaka ekipa mora med pripravami na tekmovanje sestaviti elemente tekmovališča, ki jih potrebuje.

Naloge, ki jih mora robot izvesti na robotskem tekmovanju Podpora telesu:

• V izhodišču mora vzeti mavčno oblogo, jo odpeljati do zlomljene kosti in jo natakniti nanjo. V močno poškodovano kost mora vstaviti kostni vložek in z ozdravljeno nogo brcniti žogo, da preveri uspešnost zdravljenja. Injekcijsko brizgalko s krvjo mora pripeljati v bazo, kjer mora ekipa ločiti bele in rdeče kocke, ki predstavljajo bele in rdeče krvničke. Pri vožnji po tekmovališču se mora izogibati rdečih kock, ki predstavljajo rdeče krvničke, sicer izgubi točke.
  

• Na tekmovališču mora poiskati celice tkiva s poškodovanim genetskim zapisom, ki so na eni strani črne, in jih postaviti v predpisani položaj oziroma uničiti. Z umetno roko mora prijeti zanko. V izhodišču mora vzeti črno zaplato, jo odpeljati do srca in z njo zapreti smrtno nevarno luknjo v srcu. Nato mora v izhodišču vzeti srčni spodbujevalnik in ga pravilno vstaviti v srce. Pripeljati se mora do zgradbe, ki predstavlja možgane, in tam pritisniti najprej     na en živec in nato še na drugega. S pritiskom na prvi živec ugotovi, kateri živec bo prenesel informacijo iz možgan (premik palčke). S pritiskom na drugi živec se morajo vrata na tekmovališču napol odpreti, saj so daljinsko povezana z možgani.
  

• Robot se mora zapeljati do posodice z zdravili, v kateri so tri vrste zdravil (bele, modre in roza kocke). Iz posodice mora vzeti zdravila roza barve, bela in modra zdravila pa mora prestaviti v območje bolnika.
  

• Na tekmovališču je naprava z modro utežjo in modro površino za pritiskanje. Robot mora postaviti utež v navpično lego, tako da nežno potisne na modro površino naprave. Zdravnika in biomedicinskega inženirja mora prepeljati na tekmovališče. V izhodišču mora vzeti bionski očesi, ju odpeljati do osebe, narisane na tekmovališču, in ju tam odložiti, tako da se bionski očesi dotikata zgornjega dela telesa narisane osebe (iz izhodišča). V zamašeno arterijo mora vstaviti majhno cevko, ki jo na tekmovališču predstavlja rdeča zgradba iz kock.
  

• Vsaka ekipa si lahko izbere zaporedje, v katerem bo robot izvedel naloge. Roboti morajo naloge opraviti samostojno. Točke uspešno opravljenih nalog ene vožnje se seštevajo. Na robotskem tekmovanju ima vsaka ekipa  na voljo tri vožnje. V končni rezultat se šteje rezultat najboljše od treh voženj. Vsaka ekipa lahko izvede vožnjo le z enim robotom. Dovoljeno je, da ekipa opravi drugo vožnjo z drugim robotom.
  

Ves material, ki ga uporabljajo ekipe za tekmovanje FLL, je predpisan, in mora biti sestavljen iz izvirnih lego elementov. Ker se tema tekmovanja vsako leto menja, je treba vsako leto kupiti posebno izdajo lego kock z ustreznim tekmovališčem. Robot in električni elementi morajo biti zgrajeni iz sestavljanke LEGO MINDSTORMS (RCX ali serije NXT).
Razen vrste elementov je omejena tudi količina elementov, iz katerih lahko ekipa zgradi robota. Vsaka ekipa lahko za gradnjo robota uporabi: 1 kocko NXT (računalnik), 2 motorja, 2 tipali dotika, 1 lučko, 2 svetlobni tipali, 3 merilnike zasuka (od tega števila se odšteje število motorjev) in 1 ultrazvočno tipalo. Ekipe lahko programirajo robota izključno s programskimi orodji LEGO MINDSTORMS, kot sta Robolab in programska oprema za NXT. Pravila tekmovanja se objavijo septembra vsako leto. Ekipe imajo na voljo osem tednov, da se pripravijo na tekmovanje. Tekmovanja so najprej regionalna, končajo pa se s svetovnim tekmovanjem.

RoboCupJunior (RCJ)

Robotsko tekmovanje RoboCupJunior (RCJ v nadaljevanju) je namenjeno mladim do vključno 19. leta starosti. Spodnja meja vključevanja v tekmovanja ni natančno določena. Edini pogoj je, da so tekmovalci samostojni pri branju (pravila tekmovanja) in da samostojno programirajo robota. Tekmovalci osnovnih in srednjih šol tekmujejo v ločenih skupinah. Starostna meja med osnovnošolsko in srednješolsko skupino je 14 let. Ekipa, v kateri je eden ali več članov, starih več kot 14 let, mora tekmovati v srednješolski skupini.

Na tekmovanju RCJ lahko sodelujejo eno- ali veččlanske ekipe učencev, število članov ekipe ni predpisano, prav tako ni omejeno število mentorjev.

Robotsko tekmovanje RCJ je del svetovnega robotskega tekmovanja RoboCup, ki je namenjeno mladim. Zato tekmovanje RCJ poteka vedno ob istem času in na istem kraju kot RoboCup tekmovanje za odrasle. K tekmovanju spada poleg tekmovanja v robotskem nogometu tudi tekmovanje v razredu reševalnih robotov (RoboCup Rescue) in tekmovanje v razredu servisnih robotov (robot@home). V zadnjih letih so svetovno robotsko tekmovanje RoboCup gostila mesta:
Padova, Italija (2003), Lizbona, Portugalska (2004), Osaka, Japonska (2005), Bremen, Nemčija (2006), Atlanta, ZDA (2007), Suzhou, Kitajska (2008), Gradec, Avstrija (2009) in Singapur, Singapur (2010).

Letos pa bo svetovno tekmovanje RoboCup v Istanbulu v Turčiji. Leta 2010 je na tekmovanju sodelovalo 500 ekip iz več kot 40 držav iz vsega sveta. Tekmovanje se je začelo leta 2000 v Melbournu v Avstraliji. Teme so stalne in se ujemajo z razredi tekmovanja:
•    nogomet,
•    reševanje,
•    ples.

RCJ-robotski nogomet: Robotska nogometna ekipa je lahko sestavljena iz največ dveh robotov, napadalca in vratarja. Roboti imajo lahko premer do 22 centimetrov in so prav toliko visoki. Težki so lahko do 2,5 kilograma v standardni oziroma do 1,25 kilograma v lahki kategoriji in igrajo nogomet z žogico, ki oddaja infrardečo svetlobo. Robotska nogometna tekma se igra na nogometnem igrišču, velikem 122 cm x 183 cm. Tla nogometnega igrišča so prekrita z zeleno preprogo.

Obstajata dve izvedbi nogometnega igrišča. Pri nogometu A je igralna površina neposredno omejena s 14 centimetrov visokimi črnimi stenami. Pri nogometu B je igralna površina označeno z belo črto, med igralno površino in 14 centimetrov visokimi črnimi stenami nogometnega igrišča pa je še nekaj prostora (za out). Nogometno igrišče je razdeljeno na dva dela. Na igrišču sta dva gola. Notranjost enega gola je modra, drugega pa rumena. Nogometna tekma ima dva polčasa, vsak traja 10 minut. Med polčasi je petminutni odmor. Med tekmo robot ne sme držati žogice ali jo objeti tako, da mu je nasprotnik ne more vzeti. Naloga robotov je, da spravijo žogo v nasprotnikov gol. Zmaga ekipa, ki da nasprotniku več golov. Roboti za igranje nogometa so mobilni roboti z večsmernimi kolesi, da se lahko premikajo v vse smeri. Nepogrešljiva oprema robota so infrardeča tipala za zaznavanje žogice, kompas, s pomočjo katerega vedo, kateri gol je njihov, in ultrazvočna tipala, ki jim povedo položaj nasprotnika in sten igrišča.

RCJ-reševanje: Pri reševanju ima vsaka ekipa le enega reševalnega robota. Velikost robota je omejena s prizoriščem. Tekmovanje v reševanju poteka na prizorišču, imenovanem arena, ki predstavlja porušeno zgradbo po potresu. Naloga robota je, da se uspešno prebije skozi porušeno zgradbo in na svoji poti poišče žrtve ter jih reši. Tekmovalna arena ima dve nadstropji in je razdeljena na tri sobe, hodnik ter naklon, ki je namenjen prehodu v višje nadstropje. V spodnjem  nadstropju sta dve sobi in hodnik, v zgornjem pa je soba z žrtvijo, ki jo je treba rešiti. Da robot pripelje do žrtve, mora peljati skozi obe sobi spodnjega nadstropja in po naklonu do zgornjega nadstropja.

Mogoči sta dve izvedbi reševanja. Pri reševanju A je pot, po kateri mora robot peljati, označena z vijugasto črno črto. Črta je lahko prekinjena, robota pa lahko pri vožnji po črti ovirajo tudi ovire, ki jih mora obiti (na primer opeka), ali hitrostne ovire. Žrtev je pločevinka, ovita v aluminijasto folijo, ki jo mora robot poiskati in prestaviti na evakuacijsko točko. Pri reševanju A velikost robota omejujejo prehodi med sobami, ki so 25 centimetrov široki in prav toliko visoki. Pri reševanju B je pot, po kateri mora robot peljati, določena s 30 centimetrov visokimi  belimi stenami, prav toliko je tudi široka, a se lahko ponekod razširi. Prehodi me sobami so 30 centimetrov široki in prav toliko visoki. Tla poti so bela, razen v mrtvih rokavih, kjer so črna. Na poti skozi areno se mora robot izogniti oviram in označiti žrtve, ki so pri reševanju B topli predmeti (do 45  stopinj Celzija) in imajo površino, veliko do 25  kvadratnih centimetrov.

RCJ-ples: Pri plesu gre za pripravo nastopa, pri katerem število robotov ni omejeno, sodelujejo pa lahko tudi člani ekipe. Nastop poteka na odru, velikem 10 m x 4 m, ki ima belo ozadje, namenjeno videoprojekciji. Oder, namenjen nastopu, ima na tleh belo podlago. Na beli podlagi je s črno in rdečo črto označen prostor za nastop. Vsaka ekipa lahko izbere, ali bo pripravila plesni nastop ali gledališko predstavo. Pri plesnem nastopu mora biti gibanje robotov in nastopajočih usklajeno z glasbo, pri gledališkem nastopu pa z zgodbo. Vsaka ekipa mora sama pripraviti sceno, glasbo, koreografijo, kostume in robote (zgradbo in program). Na voljo ima dve minuti in še dodatno minuto za pripravo ter eno minuto za pospravljanje. Sestavni del nastopa je videoprojekcija.

Čeprav so teme robotskega tekmovanja vsako leto enake, pa tekmovanja ne potekajo vsako leto popolnoma enako. Spremembe so v obliki manjših sprememb pravil tekmovanja ali kot uvedba nove izvedbe tekmovanja. Nova pravila se objavijo na začetku koledarskega leta. V Evropi potekajo regionalna tekmovanja aprila, svetovno tekmovanje pa je konec junija. Material za gradnjo robotov ni predpisan. Ekipe lahko same izbirajo, iz katerega materiala bodo zgradile robota, lahko zgradijo samogradnega ali robota LEGO MINDSTORMS. Pogoj je le, da je robot rezultat načrtovanja, izdelave in programiranja ekipe. RCJ-tekmovanje pripisuje velik pomen samostojnemu delovanju ekipe, torej brez vključevanja mentorja. Temu je prilagojeno tudi tekmovanje.

Organizatorji ločijo prostore za mlade člane ekip in za mentorje ekip. Mentorjem je med tekmovanjem vstop v prostore tekmovalne ekipe prepovedan! Sestavni del tekmovanja je tudi razgovor ekipe s komisijo. Vsaka ekipa mora pripraviti javno predstavitev v obliki posterja in ustno predstavitev, na kateri predstavijo priprave na tekmovanje in zgradbo ter delovanje robota. Vsak član ekipe mora pri gradnji robota opredeliti svoj prispevek. Cilj tekmovanj je tudi spodbujanje sodelovanja in prijateljskega druženja ter spoznavanja ekip med seboj. Zato so na RCJ-tekmovanjih poleg tekmovanj posamičnih ekip organizirana tudi tako imenovana superteam tekmovanja. Na tekmovanju se iz znanih ekip sestavijo nove ekipe, ki so sestavljene iz dveh ali treh ekip. Te superteam ekipe se nato pomerijo še med seboj.

Uradni jezik mednarodnih RCJ-tekmovanj je angleščina. Tekmovanje je regionalno zasnovano. Slovenske ekipe so na svetovnem robotskem tekmovanju RoboCupJunior prvič sodelovale leta 2009, ko je tekmovanje potekalo v Gradcu v Avstriji. Prvo regionalno tekmovanje RoboCupJunior je bilo v Sloveniji leta 2010.

Leta 2010 je na svetovnem robotskem tekmovanju RoboCupJunior v razredu Reševanje A, ki je potekalo v Singapurju, sodelovala tudi slovenska srednješolska ekipa Proteam, ki je prejela nagrado za najboljšo predstavitev.