รายงานพิเศษ “บอลไทย” สู่ “บอลโลก” ในงาน World Robocup Small-size Soccer League 2009

รายงานพิเศษ “บอลไทย” สู่ “บอลโลก” ในงาน World Robocup Small-size Soccer League 2009

ผมได้ขอให้ อ.ปัญญา เหล่าอนันต์ธนา ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ kucity@hotmail.com ผู้นำทีม SCUBA ไปแข่งขันจนนำแชมป์โลกกลับมาเป็นของขวัญแก่ชาวไทยเป็นผลสำเร็จ อ.ปัญญาได้ให้ข้อมูลดังต่อไปนี้ครับ

ในที่สุด “บอลไทย” ก็ได้ไป “บอลโลก” และได้ประสบความสำเร็จสูงสุด ด้วยการคว้าแชมป์โลกมาได้อีกครั้งเป็นสมัยที่ 2 ติดต่อกัน และที่กำลังกล่าวถึงนี้คือทีมหุ่นยนต์เตะฟุตบอล สร้างโดยทีมเยาวชนไทย การเป็นแชมป์โลกหุ่นยนต์เตะฟุตบอลขนาดเล็ก ทีมไทยเริ่มเป็นแชมป์โลกเป็นครั้งแรก โดยทีม Plasma-Z จาก จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เมื่อปี 2008 โดยงานชื่อเดียวกันแต่จัดที่ประเทศจีน
มาปีนี้ ปี 2009 จัดที่เมือง Graz ประเทศ Austria ระหว่างวันที่ 29 มิ.ย.2552 ถึง 5 ก.ค.2552 ทีมไทยก็ได้เป็นแชมป์โลกอีกครั้ง ครั้งนี้ทำได้โดยทีม Skuba จาก มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เป็นการชนะเลิศ 3 รางวัลซ้อน เป็น Triple Champ ได้แก่

1.รางวัลแชมป์โลก World Robocup 2009 จากการแข่งขัน Robocup Soccer ประเภท Small Size League
2.รางวัลชนะเลิศ Technical Challenge
3.รางวัล Best Extended Team Description Paper (ETDP)
ลักษณะการแข่งขันเป็นดังนี้ โดยขอยกตัวอย่างข้อมูลทางเทคนิคของหุ่นยนต์ทีม Skuba ม.เกษตรศาสตร์

ทีมที่เข้าร่วมการแข่งขันจะต้องประดิษฐ์หุ่นยนต์ขนาดเล็กทีมละ 5 ตัว เพื่อแข่งขันฟุตบอล (ส่วนหุ่นยนต์ตัวสำรอง มีไม่จำกัด) ซึ่งมีเวลาแข่งขันทั้งหมด 20 นาที แบ่งเป็นครึ่งแรก 10 นาที และครึ่งหลัง 10 นาที ทีมที่ทำประตูได้มากกว่าจะเป็นผู้ชนะ ลักษณะหุ่นยนต์จะเป็นทรงกระบอกขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางไม่เกิน 18 เซนติเมตร และสูงไม่เกิน 15 เซนติเมตร โดยแต่ละทีมจะทำกระดาษแถบสีวงกลมติดตรงกลางเพื่อเป็นการบอกว่าเป็นทีมชื่ออะไร เช่นใช้สีน้ำเงินคือทีม A และสีเหลืองคือทีม B เป็นต้น และจะต้องมีกระดาษแถบสีเพิ่มเติมที่มีสีไม่ซ้ำกับแถบสีตรงกลาง เพื่อเป็นการบอกเบอร์ Code หรือชื่อหุ่นยนต์นักเตะของแต่ละทีม

ลักษณะการทำงาน แต่ละทีมจะต้องทำให้หุ่นยนต์ทำงานโดยอัตโนมัติ ไร้คนควบคุมตลอดการแข่งขัน โดยเทคนิคที่ใช้จะใช้ระบบการมองเห็น (Vision System)โดยใช้กล้องที่ติดอยู่ข้างบนของสนามแข่งขัน (ส่วนใหญ่จะใช้กล้อง 2 ตัว ส่องดูสนาม กล้องละครึ่งสนาม แล้วนำภาพจาก 2 กล้องมาต่อกันเป็นภาพทั้งสนาม) กล้องจะทำการสื่อสารข้อมูลภาพเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ในสนามมายังเครื่องคอมพิวเตอร์ แล้วเครื่องคอมพิวเตอร์จะทำการคำนวณภาพที่ได้แปลงมาเป็นพิกัด ความเร็วและทิศทางต่าง ๆ ของหุ่นยนต์ทั้งหมดทั้งของฝ่ายตนและฝ่ายตรงข้าม รวมถึงลูกบอลในสนาม ขอบสนาม และตำแหน่ง Goal ของสนาม โดยขณะที่กำลังคำนวณภาพอยู่นั้น ย่อมจะต้องเจอกับอุปสรรคต่าง ๆ เช่น แสงที่ไม่สม่ำเสมอตลอดทั้งสนาม เงาทั้งจากเสาคานของสนาม เงาจากผู้ชมที่อยู่รอบสนามที่แปรปรวนตลอดเวลา หรือแม้แต่เงาของหุ่นยนต์เอง นอกจากนี้จะต้องเจอกับอุปสรรคของสีของกระดาษที่ติดอยู่บนตัวหุ่นยนต์ ที่เมื่อเจอกับแสงตกกระทบและสะท้อนแล้ว จะมีค่าของสีที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งสนามและในทั่วทุกหุ่นยนต์ทุกตัว และยังไม่พอจะต้องเจอกับความบิดเบี้ยวของภาพจากกล้องทั้ง 2 ตัว เนื่องจากการใช้เลนซ์มุมกว้างที่ขอบของภาพจะเพี้ยนหรือโค้งจากความเป็นจริง ซึ่งปัญหาทั้งหมดนี้ ระบบการมองเห็นของโปรแกรมคอมพิวเตอร์จะต้องแก้ไขให้ได้ทั้งหมด ระบบการมองเห็นจึงจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ได้พิกัดต่าง ๆ ที่แม่นยำหรือผิดพลาดน้อยที่สุด

หลังจากนั้นโปรแกรมระบบการมองเห็นก็จะส่งข้อมูลสำคัญต่าง ๆ ไปยังโปรแกรมระบบสมองกลอัจฉริยะ (Artificial Intelligence)ที่มีการวางกลยุทธ์การเล่นไว้หลากหลายรูปแบบในแต่ละสถานการณ์ที่แตกต่างกันหรือตลอดจนการทำนายหรือคาดการณ์ล่วงหน้าเพื่อชิงความได้เปรียบในการเล่นเกมส์ในแบบทันทีทันใดในเวลาจริง (Real-Time System)

ทั้งนี้ก็เพื่อให้หุ่นยนต์แข่งขันกันเองได้ โดยไม่มีการควบคุมหรือส่งสัญญาณให้กับหุ่นยนต์ที่กระทำโดยจากมนุษย์ทั้งสิ้นในระหว่างที่มีการแข่งขัน โดยหลังจากโปรแกรมสมองกลอัจฉริยะได้คำนวณคาดการณ์ว่าหุ่นยนต์ทุก ๆ ตัวของทีมควรจะเคลื่อนที่ไปที่ตำแหน่งไหน ด้วยความเร็วเท่าไร ทิศทางใด และทำการเตะลูกบอลหรือไม่ ถ้าจะเตะจะต้องเตะลูกบอลแบบไหน ใช้แรงเท่าไร เตะแบบยิงลูกโด่ง ลูกเลียดพื้น หรือปั่นลูกบอลให้หมุนรอบตัวเองเพื่อใช้ในการดึงลูก ทั้งหมดที่กล่าวนี้ระบบก็จะทำการส่งข้อมูลเหล่านี้ไปยังหุ่นยนต์ทุก ๆ ตัว ผ่านระบบเครือข่ายวิทยุไร้สาย และมีการทำงานที่สอดประสานกันเป็น Team Work

มาพิจารณาที่หุ่นยนต์แต่ละตัวบ้าง หุ่นยนต์แต่ละตัวจะได้รับคำสั่งให้ทำงานตามข้อมูลคำสั่งที่ได้รับ แต่ละตัวจะได้รับคำสั่งให้ทำงานที่แตกต่างกันตามที่ได้กล่าวไป โดยเมื่อได้รับคำสั่งแล้ว หุ่นยนต์จะส่งคำสั่งไปยังโปรแกรมฝ่ายควบคุมอัตโนมัติที่อยู่ในสมองกลคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กของตัวหุ่นยนต์ ทำการควบคุมไปยังมอเตอร์ทุกตัวในหุ่นยนต์ ไม่ว่าจะเป็นมอเตอร์ที่ควบคุมล้อ หรือ มอเตอร์ที่ควบคุมชุดยิงลูกบอล เพื่อให้ทำงานได้ตามคำสั่ง ในช่วงนี้จะมีการคำนวณทางกลศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อให้หุ่นยนต์เดินทางไปได้ตามพิกัด ความเร็วและทิศทางตามที่กำหนด ถ้าเราเปิดฝาครอบหุ่นยนต์ออก แล้วดูภายในตัวหุ่นยนต์ เราจะพบว่า นอกจากจะมีระบบทางกลไก (Machanic) ที่ซับซ้อนแล้ว ก็ยังมีวงจรอิเลคทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่ซับซ้อนในการควบคุมหรือขับมอเตอร์ มีระบบ Sensor เพื่อการตรวจจับลูกบอลในระยะประชิดด้วยแสงอินฟาเรด ระบบการวัดระยะการเคลื่อนที่ของล้อ ระบบวงจรสะสมกำลังไฟฟ้าเพื่อทำการยิงลูกบอลด้วยความเร็วหรือความแรงได้หลากหลายรูปแบบในทันทีทันใด และสุดท้ายระบบวงจรรับ-ส่งวิทยุสื่อสารกับเครื่องคอมพิวเตอร์ตัวแม่ที่เป็นตัวกำหนดกลยุทธการเล่นและระบบการมองเห็น
โดยทางทีม Skuba จะมีวงรอบของการทำงานตามที่กล่าวมาทั้งหมดในอัตราภายใน 1 วินาที ทั้งระบบทำงานพร้อมกันได้ถึง 62 วงรอบการทำงาน หรือก็คือ ทำงานตามที่กล่าวมาทั้งหมดได้เสร็จภายในเวลา 0.016 วินาที ซึ่งเท่ากับอัตราของ Frame Rate ของกล้องจับภาพ
สำหรับรายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติมที่ลงลึก ท่านสามารถอ่านประกอบได้จาก Web นี้
http://iml.cpe.ku.ac.th/skuba/archive/SkubaETDP2009.pdf
ถ้าจะ download Clip VDO และ ภาพนิ่ง ต่าง ๆ จากการแข่งขัน ให้ไปที่ Web นี้
http://kucity.com
หรือจะดูกติกาและผลการแข่งขัน สามารถเข้าดูได้ที่ Web ทางการคือ
http://www.robocup2009.org
ทีนี้เรามาพูดถึงเรื่องผลงานรางวัลชนะเลิศที่ทางทีม Skuba ได้รับ มีที่มาที่ไปอย่างไร

สำหรับรางวัลชนะเลิศแชมป์โลกนั้น เกิดจากการแข่งขันที่มีการแบ่งสายเป็น 4 สนาม โดยแต่ละสนามจะมีการแข่งขันแบบพบกันหมด แล้วคัดเลือกเอาทีมที่มีแต้มคะแนนผลงานสูงสุด 3 อันดับแรก ของแต่ละสนามมาเข้าสู่รอบต่อไป คือคัดให้เหลือ 8 ทีมสุดท้าย โดยมีทีม CMDragons จาก USA เป็นที่ 1 ในสาย A ทีม RoboDragons จาก Japan เป็นที่ 1 ในสาย B ทีม Plasma-Z จาก Thailand เป็นที่ 1 ในสาย C และ ทีม Skuba จาก Thailand เป็นที่ 1 ในสาย D หลังจากนั้นก็มีการแข่งขันเข้าสู่รอบ 4 ทีมสุดท้าย ทีมที่ได้เข้ารอบ 4 ทีมสุดท้ายได้แก่ ทีม Odens จาก Japan , ทีม RoboDragons จาก Japan , ทีม Plasma-Z จาก Thailand และ ทีม Skuba จาก Thailand หลังจากนั้นก็เข้าสู่รอบ Semifinals ผลก็คือ ทีม RoboDragons ชนะทีม Odens ไปด้วยประตู 2:0 และ ทีม Skuba ชนะทีม Plasma-Z ไปด้วยประตู 7:1 ซึ่งในการแข่งขันในรอบนี้กลายเป็นว่าทีมไทยเจอกับทีมไทยด้วยกันเอง
หลังจากนั้นก็เป็นรอบ Final ทีม Skuba ชนะทีม RoboDragons ด้วยประตู 11:1 คว้าแชมป์โลกไปครอง โดยมีทีม RoboDragons จาก Japan ได้ที่ 2 และ ทีม Plasma-Z ได้ที่ 3

สถิติการทำประตูของทีม Skuba ส่วนใหญ่จะทำประตู 10:0 เป็นส่วนมาก ส่วนนึงนั้นอาจเป็นเพราะความเสถียรของหุ่นยนต์ และ ระบบปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence) ที่ทีมเราทำได้ดี และตลอดจนความเร็วที่เร็วมาก การส่งลูกและการยิงลูกบอลทำประตูที่เฉียบคมและแม่นยำมาก จึงทำให้ทีมของเราประสบความสำเร็จ
และความสำเร็จด้านความเสถียรของหุ่นยนต์นี้ มีผลพวงทำให้ทีม Skuba สามารถทำคะแนนรวมได้สูงสุดในการแข่งขัน Technical Challenge ตามไปด้วย ซึ่งเป็นการแข่งขันทดสอบความสามารถของหุ่นยนต์นักเตะโดยจะต้องทำการทดสอบ 3 แบบทดสอบ คือ ทดสอบความสามารถในการเคลื่อนที่และนำทางผ่านสิ่งกีดขวางด้วยความเร็วสูงสุดเท่าที่ยังควบคุมหุ่นยนต์ได้ (Navigation) ทดสอบความสามารถในการส่งบอลไปยังหุ่นยนต์ตัวอื่นแล้วจึงค่อยทำการยิงลูกบอลเข้า Goal (Passing and Shooting) และทดสอบการเล่นฟุตบอลแบบผสมทีมกับทีมอื่น ๆ (Mixed Team)
โดยทีม Skuba ได้เป็นเจ้าของสถิติโลกด้านการเคลื่อนที่ได้เร็วที่สุดที่ยังควบคุมได้ด้วยสถิติ 3 เมตรครึ่งต่อวินาที (ปี 2008) และ เจ้าของสถิติโลกการทำประตูได้รวดเร็วสุดในเวลา 2 นาที ยิงประตูได้ 9 ประตู (ปี 2009)
จึงทำให้ทีม Skuba ชนะเลิศได้รางวัลมาครองอีกรางวัลคือ รางวัลชนะเลิศ Technical Challenge

ส่วนรางวัลตัวสุดท้ายที่ได้ คือ รางวัล Best Extended Team Description Paper (ETDP)
รางวัลนี้ถูกพิจารณาว่าทีมไหนจัดทำเอกสารได้ดี แบบว่าเปิดเผยข้อมูล อธิบายได้ชัดเจน โดยทีมทั้งหมดที่เข้าร่วมแข่งขัน จะเป็นผู้ Vote ให้ ซึ่งคล้าย ๆ เอกสารทางวิชาการ ที่เราได้เผยแพร่ผลงานวิจัยหุ่นยนต์ชุดนี้ เพื่อให้วงการหุ่นยนต์ระดับโลกนี้ ได้เกิดการต่อยอด และเกิดการพัฒนาสิ่งใหม่ ๆ โดยผลงานเอกสารชุดนี้ ได้บอกรายละเอียดผลการทดลองด้วย ตามหลักของการเขียน Paper งานวิจัย แบบเท่าที่จะเตรียมการทำกันได้ ท่ามกลางทีม Skuba ก็มีภาระที่จะต้องทำ Hardware และ Software เพื่อใช้สำหรับการแข่งขัน ทีมงานก็ยังพอปลีกเวลามาทำผลงานทางเอกสารให้ดี ๆ ซึ่งใช้เวลาทำประมาณ 4 เดือน โดยทำกระบวนการวิจัยดังต่อไปนี้

1.คิดค้นทฤษฎีในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ SSL (Small-Size League) แบบใหม่ ที่ทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้ถูกต้อง แม่นยำ เพิ่มมากขึ้น และ สามารถปรับตัวเองให้เข้ากับสภาพของสนามแข่งขันได้

2.นำทฤษฏีที่ได้นำไปประยุกต์ให้เหมาะสมกับการนำไปใช้ในตัวหุ่นยนต์

3.ทำการทดสอบ เก็บข้อมูล และวิเคราะห์ผลลัพธ์ จนแน่ใจว่า ทฤษฎีใหม่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของหุ่นยนต์ได้อย่างน่าพอใจ

ทั้งนี้สำหรับรางวัลตัวสุดท้ายนี้ สำคัญยิ่งกว่าตำแหน่งแชมป์โลกเสียอีก เพราะตำแหน่งแชมป์โลกอาจเปลี่ยนมือได้ อยู่ได้ไม่นาน แต่ทฤษฏีของหุ่นยนต์ที่เราวิจัยได้ขึ้นมา จะอยู่ได้นานและถูกอ้างอิงตลอดเวลา จนกว่าจะมีทฤษฏีที่ดีกว่ามายกเลิก นี่เป็นเรื่องวิชาการล้วน ๆ

ในการแข่งขันในงาน World Robocup นี้ โดยเฉพาะการแข่งขันหุ่นยนต์ฟุตบอลขนาดเล็ก ทีมทุกทีมจะต้องเปิดเผยข้อมูลรายละเอียดของตัวหุ่นยนต์และระบบทั้งหมด โดยเฉพาะทีมที่ได้รางวัลสูงสุด 3 อันดับแรก ทั้งนี้ก็เพื่อทำให้เกิดการถ่ายทอด แลกเปลี่ยนและต่อยอดองค์ความรู้ได้อย่างรวดเร็วในวงการหุ่นยนต์ ซึ่งเรื่องนี้เป็นเรื่องที่ดี โดยเฉพาะกับทีมที่เพิ่งจะเริ่มพัฒนา ก็จะเกิดการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด โดยไม่ต้องมาเริ่มต้นที่พื้นฐาน ลองผิดลองถูกกันอีกแล้ว วงการหุ่นยนต์ประเภทนี้จึงก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว โดยแม้แต่ประเทศที่กำลังพัฒนาอย่างประเทศไทย ก็สามารถก้าวหน้าทางวิทยาการหุ่นยนต์ประเภทนี้ได้ในเวลาอันสั้น อย่างที่ปรากฏอยู่ในขณะนี้

สำหรับการเตรียมทีมและจุดมุ่งหมายของทีม Skuba เป็นอย่างไร ?
ทีม Skuba มีการเตรียมทีม หลังจากที่ได้อันดับ 3 ของโลก เมื่อปี 2008 โดยมีการปรับปรุงหุ่นยนต์ใหม่หมด ทำหุ่นยนต์ขึ้นใหม่ได้จำนวน 10 ตัว เพื่อเอาไว้ใช้สำหรับการซ้อมกันเองในทีม และ ซ้อมกับทีม Plasma-Z ซึ่งเป็นแชมป์โลกมาก่อน ทำเป็นทีมเหย้า ทีมเยือน ระหว่างกัน ในตลอดเวลา 6 เดือนก่อนการแข่งขัน ซึ่งทำให้ทีมมีการปรับปรุงพัฒนาแผนการเล่นได้ดีขึ้น

ทดสอบและปรับปรุงจนหุ่นยนต์ทุกตัวมีความเสถียรทั้งภาคทางกลและวงจรไฟฟ้า ซึ่งเป็นเรื่องที่สำคัญมาก ช่วยลดปัญหาด้านการซ่อมบำรุงไปได้มาก โดยได้รับการสนับสนุนงบประมาณจากทางมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์และทางมูลนิธิสวิตา เป็นกำลังหลักอันสำคัญ

นอกจากนี้สมาชิกในทีม ยังต้องทำเอกสารเพื่อการถ่ายทอดเทคโนโลยีจากรุ่นสู่รุ่น เพื่อให้เกิดความต่อเนื่องในการพัฒนา ซึ่งเรื่องนี้เป็นเรื่องสำคัญมากเป็นอันดับต้น ๆ ของทีม
ทีม Skuba มีจุดมุ่งหมายที่จะเน้นในเรื่องงานวิจัยพัฒนาทางด้านหุ่นยนต์ มากกว่าผลแพ้ชนะในการแข่งขัน โดยเฉพาะจะสังเกตได้ว่า ทีมของต่างประเทศที่ดัง ๆ นั้น จะไม่เน้นผลแพ้ชนะ ดังนั้นก้าวต่อไปของทีม Skuba จะต้องมุ่งเน้นนำเสนอผลงานที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ๆ (Innovation) ของหุ่นยนต์เตะฟุตบอลขนาดเล็ก มานำเสนอในทุกปีต่อวงการการแข่งขันและตลอดจนการมุ่งเน้นพัฒนาขีดความสามารถของหุ่นยนต์ของทีมให้ได้สูงสุดด้วยเช่นกัน และนอกจากนี้จะต้องทำหน้าที่ถ่ายทอดหรือแลกเปลี่ยนองค์ความรู้ที่ได้ต่อวงการหุ่นยนต์ภายในประเทศด้วย หลังจากนั้นทีม Skuba จะต้องนำผลงานจากการแข่งขัน มาสกัดเอาเทคโนโลยีหุ่นยนต์ (Robotic) หรือเทคโนโลยีด้านจักรกลอัตโนมัติ (Automation)บางส่วนนำมาใช้ในการต่อยอดเข้าสู่การบ่มเพาะทางธุรกิจในด้านอุตสาหกรรมทั้งภาคการผลิต ภาคการเกษตรและการผลิตอาหาร ที่เหมาะสมกับประเทศไทยอันเป็นแนวทางหลักของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ต่อไป

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th

——————————————————————————————