از همان دوران کودکی عاشق سرو‌کله‌زدن با سیم‌ها و مدارها بود‌ه‌اید و رویای ساخت یک ربات همه‌فن‌حریف را در سر می‌پرورانده‌اید؟ خبر خوب اینکه برای استعدادهای‌تان یک مسابقه جذاب به‌نام مسابقات ربوکاپ دانش آموزی هرساله برگزار می‌شود. مسابقه‌ای که لیگهای مختلف و حتی فدراسیون جهانی دارد و یک چشم دنیا به دستاوردهای این مسابقات است. سال‌های اخیر در کنار المپیادهای دانش آموزی، انواع مسابقات رباتیک در ایران هم طرفداران زیادی پیدا کرده است. اگر شما هم دوست دارید برای مسابقات ربوکاپ دانشآموزی آماده شوید، یا با بخشهای مسابقه ربوکاپ و انواع رباتهای مسابقه ربوکاپ آشنا شوید؛ در این مقاله همراه‌مان باشید تا از سیر تا پیاز مسابقات ربوکاپ را با هم بررسی کنیم.
مسابقات رباتیک چیست و چه تاریخچه‌ای دارد؟
Robocup از دو اسم “robot soccer” (فوتبال رباتی) و “world cup” یا همان جام‌جهانی فوتبال تشکیل شده است. چرا؟ برایتان می‌گوییم: حوالی سال 1992 پروفسور آلن مک‌ورث برای اولین بار از دانشگاه بریتیش کلمبیا ایده‌ی مسابقات رباتیک را در یک مقاله منتشر کرد. اسم این مقاله رباتهای بینا بود. کمی بعد این مقاله به شکل کامل‌تری در این کتاب منتشر شد:
- “computer Vision: System, Theory, and Applications”
از آن‌جایی که ژاپنی‌ها از همان اول هم سرشان برای ساختن ربات درد می‌کرد، شروع به بررسی امکانات برای برگزاری مسابقات فوتبال رباتیک کردند. نتیجه‌ی این بررسی‌ها شروع به کار اولین لیگ فوتبال رباتیک به نام “robot j league” بود که توسط 3استاد به نام‌های مینورو آسادا، یاسو کنیوشی و هیرواکی کیتانو برگزار شد.
آشنایی با مسابقات رباتیک در ایران و جهان
مسابقات ربوکاپ به‌تدریج پیشرفت کرد و از سال 1996 به شکل رسمی و در غالب لیگ جهانی (چیزی شبیه به جام‌جهانی فوتبال) شروع به کار کرد. اما همه‌ی دنیا که فوتبال نبود؛ رباتها هزارو‌یک استفاده‌ی دیگر هم داشتند. برای همین، پای رشته‌های دیگری مثل لیگ رباتهای امداد و نجات و لیگ رباتهای خانگی به ماجرا باز شد. دانشآموزان و دانشجویان ایرانی هم چندان بیکار نبودند و از سال 1998 در مسابقات ربوکاپ شرکت کردند. به‌عنوان نمونه می‌توانید به افتخارات مجموعه مدارس سلام در مسابقات رباتیک نگاهی بیندازید.
خوب است بدانید اولین دوره مسابقات ربوکاپ آزاد ایران به میزبانی دانشگاه قزوین در فروردین‌ماه سال 85 برگزار شد. در این مسابقات حدود صد تیم در هفت رشته با یکدیگر رقابت کردند. این روزها رقابت‌های ربوکاپ در 2بخش دانشآموزی یا جوانان ویژه دانشآموزان 14 تا 19 سال و بخش دانشجویی یا بزرگسال برگزار می‌شود. بعد از خواندن تاریخچه مسابقات ربوکاپ دوست دارید با بخشهای مسابقه ربوکاپ بیشتر آشنا بشوید؟ اگرجواب‌تان مثبت است بیایید یکی‌یکی لیگهای مسابقات رباتیک را بررسی کنیم:
1. مسابقات ربوکاپ دانش آموزی
بخش دانش آموزان مسابقات ربوکاپ آزاد ایرات یا اصطلاحا استارتر، بیشتر جنبه آموزش‌محور دارد. این لیگ مبتدی از برنامه‌های ملی و بین‌المللی برای دانشآموزان 14-19ساله حمایت میکند. تمرکز مسابقات رباتیک نوجوانان بر آموزش است و به دانشآموزان فرصت می‌دهد تا با حضور در لیگهای بین‌المللی، تجربیات‌شان را با همتایان داخلی و خارجی خود به اشتراک بگذارند.
لیگ رباتیک مبتدیان، دانشآموزان را وارد چالش رقابت-رفاقت میکند. این رقابت‌ها فرصتی منحصربه‌فرد برای نوجوانان با علایق و نقاط قوت‌های مختلف فراهم میکند تا به‌عنوان تیم، برای رسیدن به هدفی مشترک با یکدیگر همکاری کنند. لیگ ربوکاپ برای دانشآموزان:
- مقدمه‌ای هیجان‌انگیز برای ورود به دنیای حرفهای رباتیک است.
- به توسعه توانایی‌های فنی و کسب تجربه عملی در زمینه الکترونیک، سخت‌افزار و نرم‌افزار کمک میکند.
- فرصتی برای یادگیری در مورد کار گروهی و به‌اشتراک‌گذاری فناوری با دوستان و همسالان مهیا می‌سازد.
پیشنهاد به دیگر رقابت‌های دانشآموزی مانند المپیادهای دانشآموزی علاقه‌مندید، نگاهی هم به مقاله‌های ما در زمینه باشگاه المپیاد و باشگاه المپیاد مدارس سلام بیندازید.
بخش فوتبال ربوکاپ دانش آموزی
هر تیم تعدادی بازیکن دارد که رباتهای متحرک در زمینی کوچک با یکدیگر بر سر تصاحب توپ و گل‌کردن آن می‌جنگند. توپ این مسابقات نور خاصی از خود ساطع میکند که باعث ردیابی آن توسط رباتها می‌شود. درباره لیگ رباتیک فوتبال در قسمت بعدی مفصل توضیح داده‌ایم.
لیگ امداد و نجات ربوکاپ دانش آموزی
لیگهای جانبی بخش لیگ رباتهای امدادگر شامل لیگ عبور از هزارتو، لیگ عبور از خط‌های تعریف‌شده (rescue line) در بخش دانشآموزی مسابقات ربوکاپ وجود دارد. مسابقات رباتهای امداد و نجات در قسمت‌های بعدی مقاله به‌صورت کامل توضیح داده شده است.
مسابقات عمومی رباتها
لیگ عمومی رباتها یا onstage بخشی از مسابقات ربوکاپ دانشآموزی است که در آن رباتها باید در زمان 2دقیقه هر چه هنر دارند، نشان بدهند. این مهارت‌ها شامل حرکات نمایشی، قصه‌گویی، تئاتر و … است و داور‌ها به تیم‌ها در مواردی مثل ظرافت حرکات ربات، تکنیک‌های به‌کاررفته در ساخت هوش مصنوعی، مقاله‌ی فنی ارائه شده و مصاحبه‌ی فنی امتیاز میدهند.
پیشنهاد مطالعه: المپیاد ریاضی ساسمو
2. مسابقات رباتیک فوتبال
تمرکز مسابقات رباتیک بیش‌ازهمه بر فوتبال و رقابت است. همه رباتهای مسابقات فوتبال کاملا مستقل عمل می‌کنند و هدف از طراحی آنها، تحقیقات مرتبط با سیستم‌های چندعاملی و چندرباتی مشترک در موقعیت‌های رقابتی و تعارضی است. فوتبال رباتیک به لیگهای متعددی تقسیم می‌شود:
لیگ شبیهسازی فوتبال
لیگ شبیهسازی فوتبال در 3بخش شبیهسازی دوبعدی، شبیهسازی سه‌بعدی و بخش مربی انجام می‌شود. نکته‌ی جالب این لیگ این است که در آن هیچ خبری از رباتها نیست. این دیگر چطور لیگ رباتیکی است؟ دست‌اندرکاران لیگ شبیهسازی روی سرور اصلی مواردی مثل وزن توپ و جهت وزش باد را مشخص می‌کنند و حالا شرکت‌کنندگان باید با طراحی برنامه‌ا‌ی هوشمند بازیکن‌هایی را طراحی کنند.
بازیکن‌هایی که بتوانند در لحظه با توجه به شرایط مسابقه، شرایط هم‌تیمی‌ها و… تصمیمات درست بگیرند و از استراتژی‌های صحیح پیروی کنند. نکته‌ی جذاب ماجرا اینجاست که تماشاگرها می‌توانند تمام بازی را به شکل یک بازی واقعی روی نمایشگرها ببینند. هر بازی در 2نیمه‌ی پنج‌دقیقه‌ای برگزار می‌شود و تیمی که استراتژی بهتری تعریف کرده و از قابلیت‌های هوش مصنوعی بهتر استفاده کرده باشد، برنده است.
پیشنهاد مطالعه: المپیاد ریاضی
لیگ رباتهای اندازه‌ی کوچک مسابقات ربوکاپ
در مسابقات لیگ رباتهای کوچک یا “RoboCup Small Size Soccer League” یک زمین با ابعاد 6050 در 4050 میلی‌متر میزبان دو تیم رباتی است. هر تیم می‌تواند از پنج ربات با ابعاد ارتفاع 15سانتی‌متر و قطر 18سانتی‌متر استفاده کند. حالا این رباتها چه‌کار می‌کنند؟
در اطراف زمین دوربین‌هایی(معمولا 2دوربین) در ارتفاع 4متری از سطح زمین نصب شد‌ه‌اند. این دوربین‌ها قابلیت تصویربرداری با سرعت 40تا 60فریم در ثانیه را دارند. تصاویر خام از طریق پردازشگرها و با کمک نرم‌افزار پردازش میشوند و بعد اطلاعات مختلف راجع به موقعیت رباتها و شرایط زمین به شرکت‌کنندگان ارسال می‌شود.
حالا نوبت هوش مصنوعی است که وارد بازی بشود. هوش مصنوعی بر اساس اطلاعات ارسال شده از پردازشگرها و سیگنال‌هایی که داور بازی فرستاده است، برای هر ربات وظایفی را تعریف میکند. این تصمیمات در لایه‌های مختلف بررسی میشوند و در آخر از طریق کنترل بی‌سیم تصمیمات به رباتها می‌رسد تا هر کدام وظایف تعریف شده‌شان را انجام بدهند.
بازی رباتهای کوچک به شکل معمول در 2نیمه‌ی 10دقیقه‌ای به همراه یک زمان استراحت پنج دقیقه‌ای بین 2نیمه برگزار می‌شود. البته گاهی به خاطر محدودبودن زمان مسابقات، دو طرف بازی با داور توافق می‌کنند که بازی در زمان کمتری جریان داشته باشد.
پیشنهاد مطالعه: المپیاد فیزیک
لیگ رباتهای فوتبال اندازه متوسط
در لیگ رباتهای متوسط که در زمینی با ابعاد 18 در 12 متر برگزار می‌شود، 5ربات حضور دارد. ابعاد این رباتها باید طبق استاندارد فیفا (بله حتی رباتها هم به فیفا ارادت دارند) باشد. یعنی چه ابعادی؟
- اگر رباتها مربعی شکل باشند باید اندازه‌شان حدود 40 در 40 سانتی‌متر باشد.
- اگر دایره باشند باید این دایره قطری حدود 50سانتی‌متر داشته باشد.
- قد رباتها هم نباید از 80سانتی‌متر بیشتر بشود.
- در نهایت رباتها باید وزن‌شان را روی 40کیلوگرم نگه دارند.
بازی در 2نیمه‌ی 10دقیقه‌ای انجام می‌شود. در طول بازی هیچ‌گونه دخالت انسانی مجاز نیست و انسان‌ها فقط می‌توانند برای تعویض ربات وارد زمین بشوند. تا یادمان نرفته این نکته را اضافه کنیم که تعویض رباتها در طول بازی آزاد است و تیم‌ها می‌توانند با اجازه داوران یک ربات سالم را جایگزین ربات آسیب‌دیده کنند.
از آن‌جایی که مهمترین نکته در ساخت رباتهای متوسط توانایی تشخیص رنگ آنها و شناسایی زاویه‌هاست، اطراف زمین بازی نشانه‌گذاری شده و توپ بازی هم نارنجی‌رنگ است. رباتها می‌توانند با تشخیص رنگ‌ها و دیگر نشانگرها مسیر بازی را شناسایی کنند. البته کار به همین‌جا ختم نمی‌شود؛ چون در این فوتبال دروازه‌بان و پنالتی‌زن و بازیکن مهاجم (ربات مهاجم) هم داریم که هر کدام وظایف تعریف‌شده‌ای دارند.
در نهایت هر تیمی که بتواند یک گل یا بیشتر به تیم مقابل بزند، بازیکنانش وظایف تعریف‌شده را به‌درستی انجام بدهند و از هوش مصنوعی بهتری استفاده کرده باشد، برنده است.
پیشنهاد مطالعه: المپیاد نانو
لیگ رباتهای چهارپا یا استاندارد
این لیگ اولین بار به پیشنهاد شرکت سونی و برای رباتهای چهارپای این شرکت (sony aibo) که به شکل سگ بودند و در سال 1999 آغاز به کار کرد. آن موقع تعداد تیم‌ها بسیار کم بود. به‌تدریج این لیگ هم پیشرفت کرد و در سال 2002 به شکل رسمی تیم‌ها اجازه داشتند بعد از تایید صلاحیت رباتها وارد این لیگ شوند. چرا صلاحیت رباتها باید تایید می‌شد؟
این لیگ به لیگ استاندارد یا “standardplatform” هم معروف است. تمام رباتهای حاضر در این لیگ دارای مشخصات یکسان هستند و افراد و کامپیوترها حق دخالت در روند بازی را ندارند (تیم‌ها باید نوعی از هوش مصنوعی را طراحی کنند که توانایی تصمیم‌گیری بدون دخالت را داشته باشد).
ساختار استاندارد یکسان برای رباتها باعث می‌شود که تیم‌ها روی قابلیت‌های نرمافزاری بیشتر تمرکز کنند و به دنبال ارتقای سطح هوش مصنوعی مورد استفاده‌شان باشند (نکته‌ای که در رشته‌های شبیهسازی فوتبال هم به آن بیشتر توجه می‌شود). حدود سال 2008 سونی اعلام کرد که دیگر قصد تولید رباتهای چهارپا را ندارد. برای همین لیگ جهانی با ادغام رقابت‌های رباتهای چهارپا و رباتهای انسان‌نما “nao” در غالب لیگ استاندارد موافقت کرد.
لیگ رباتهای انسان‌نما مسابقات ربوکاپ
لیگ رباتهای انسان‌نما یکی از بخشهای جالب مسابقات ربوکاپ است. هدف از ساخت رباتهای انسان‌نما افزایش و توسعه‌ی مهارت‌های رباتها در اندازه‌گیری، توانایی دیداری و جهت‌یابی است. در لیگ فوتبال رباتهای انسان‌نما رباتها در 3سایز رباتهای کوچک (قد 30 تا 60 سانتی‌متر)، متوسط (قد 90 تا 120 سانتی‌متر) و بزرگ (قد 130 تا 160 سانتی‌متر) شرکت می‌کنند.
مسابقات به شکل انفرادی یا دوبه‌دو برگزار می‌شود و در آنها رباتها باید بتوانند دریبل بزنند، توپ‌های استاندارد را شوت کنند و یا در ضربات پنالتی گل بزنند. خوب است بدانید که رباتهای انسان‌نما می‌توانند در مسابقه‌هایی شبیه به المپیک هم شرکت کنند و در رشته‌هایی مثل بلند کردن وزنه، عبور از موانع و … با یکدیگر رقابت کنند.
پیشنهاد مطالعه: المپیاد نجوم
3. مسابقات رباتیک امداد و نجات
در این لیگ تیم‌ها با ساخت نرمافزارها و طراحی کدهای مختلف باید یک موقعیت خطرناک تعریف‌شده را مدیریت کنند. بگذارید کارمان را با یک مثال پیش ببریم: فرض کنید در یک شهر زلزله‌ی بزرگی اتفاق می‌افتد. تیم سازنده و برگزارکننده بازی‌ها این زلزله را با بیشترین جزییات مثل تعداد ساختمان‌های آتش‌گرفته، ذخایر آب موجود در ساختمان‌ها، تعداد مصدومان، ایستگاه‌های پلیس، نیروهای داوطلب و … شبیهسازی میکند.
بعد برای تیم‌های شرکت‌کننده وظایفی تعریف می‌شود؛ مثلا مهارکردن آتش ساختمان‌های بخش غربی، نجات مصدومان و … . تیم‌های رباتیک باید بر اساس برنامه‌هایی که طراحی کرد‌ه‌اند، وارد شهر مجازی شوند و با کمک الگوریتم‌ها و هوش مصنوعی کارآمد، وظایف‌شان را انجام دهند. یادتان نرود که نوع سانحه و وظایف هر تیم توسط تیم فنی برگزارکننده‌ی مسابقات طراحی می‌شود.
این مسابقات باهدف شناسایی مشکلات امدادرسانی در بلایای طبیعی، توسعه و ذخیره‌ی کدهای کاربردی برای مدیریت سوانح مختلف برگزار می‌شود. نتایج مسابقات رباتیک امدادونجات معمولا در اخیار تیم‌های پژوهشی مدیریت بحران قرار می‌گیرد. قوانین این مسابقات معمولا مربوط به نوع پردازنده‌ها، سیستم‌های عامل مورد استفاده، محیط شبیهسازی و … است که قبل از هر مسابقه توسط تیم فنی اعلام می‌شود. این مسابقات انواع مختلفی دارد:
لیگ رباتهای امدادگر اندازه کوچک
بسیاری از مناطق زلزله‌زده یا جنگ‌زده برای ورود انسان‌ها خطرناک هستند. هدف ایجاد لیگ رباتهای امداد و نجات، ساخت و توسعه‌ی ربات‌هایی است که بتوانند در شرایط حساس به کمک انسان‌ها بیایند. لیگ رباتهای امدادگر معمولا در 2بخش رباتهای پروازی و رباتهای زمینی برگزار می‌شود.
با توجه به قوانین مسابقات، رباتهای حاضر در لیگ‌ها معمولا باید بتوانند فعالیت‌هایی مثل عبور از روی موانع تعریف شده (اندازه‌ی استاندارد موانع قبل از مسابقات اعلام می‌شود)، تهیه‌ی یک نقشه‌ی میدانی از محیط آسیب‌دیده، برقراری ارتباط صوتی و تصویری، نجات مصدومان تعریف‌شده و یا جابه‌جایی اشیا را انجام دهند.
رباتها باید در بازه‌ی زمانی 20دقیقه‌ای در زمینی به ابعاد 10 در 6 متر ماموریت‌شان را به پایان برسانند و هر تیمی که بتواند مصدومان بیشتری را نجات بدهد یا به اهداف تعریف‌شده با خطای کمتر دست پیدا کند، برنده است.
لیگ شبیه‌ساز رباتهای امدادگر
این بخش شبیه لیگ شبیه‌ساز فوتبال است و دو هدف دارد:
- توسعه زیرساخت‌های برنامه‌های شبیهسازی و تقلید از پدیده‌های واقع‌گرایانه غالب در بلایای طبیعی و غیرطبیعی.
- توسعه و طراحی عوامل و رباتهای هوشمندی که قابلیت امدادرسانی در موقعیت‌های مرتبط با بلایای متعدد را دارند.
پیشنهاد مطالعه: المپیاد علوم کامپیوتر
4. مسابقات ربوکاپ خانگی
هیچ‌کدام‌مان از رباتی که کارهای خانه را انجام بدهد بدمان نمی‌آید. لیگ رباتهای خانگی با همین هدف و برای توسعه‌ی ربات‌هایی که در زندگی روزمره کاربرد داشته باشند، ساخته شد. در این لیگ رباتها باید بتوانند صاحب‌شان را از سایر افراد تشخیص بدهند، در فاصله‌ای مشخص از او (معمولا یک متر) حرکت کنند، اشیای مختلف را جابه‌جا کنند، در یک سطح غیرهموار(مثل پله‌ها) حرکت کنند و نقشه‌برداری انجام بدهند.
اهداف مسابقات و نوع رباتها معمولا قبل از مسابقه اعلام می‌شود. اما بیشتر رباتهای حاضر در لیگ رباتهای خانگی از نوع رباتهای انسان‌نما هستند و برای پیدا کردن اشیا و افراد مختلف نیاز به حسگرها، پردازنده‌ها و دوربین‌های قوی برای تصویربرداری و پردازش تصاویر دارند که همین باعث پرهزینه‌شدن رباتهای این بخش شده است.
5. مسابقات ربوکاپ صنعتی
لیگ رباتهای صنعتی (Robocupindustrial) تقریبا جدیدترین لیگ از بخشهای مسابقات ربوکاپ است. تمرکز این بخش در ساخت ربات‌هایی است که بتوانند در کار و صنعت به انسان‌ها کمک کنند. مسابقات ربوکاپ صنعتی در دو بخش کاری و لجستیک برگزار می‌شود.
در این بخش‌ها رباتها و هوش مصنوعی باید به شکل یکپارچه فرایند تولید یک قطعه‌ی خاص در یک کارخانه را بازسازی کنند. البته بازی به این آسانی نیست و شرکت‌کنندگان باید بازی را طوری جلو ببرند که تولید یک قطعه یا بازسازی یک فرآیند تولید در یک کارخانه با کمک هوش مصنوعی به تولید یک محصول مقرون به‌صرفه ختم بشود.
سخن پایانی
مسابقات ربوکاپ سال‌هاست که در سراسر دنیا برگزار می‌شود و طرفداران زیادی پیدا کرده است. کشور ایران هم در این سال‌ها با حضور و برگزاری انواع مسابقات ربوکاپ توانسته به جایگاه خوبی در سطح مسابقات دست پیدا کند. ما در این مقاله سعی کردیم با معرفی بخشهای مختلف و بررسی انواع رباتهای مسابقه ربوکاپ و … یک چشم‌انداز کلی برای شما علاقهمندان به این مسابقات ایجاد کنیم. امیدواریم که این اطلاعات در سنجیدن شرایط مختلف و انتخاب رشته موردعلاقه به کارتان آمده باشد و با یک ربات همه‌فن‌حریف، دستِ پر وارد مسابقه‌های آینده بشوید.
سوالات متداول
- آزمون ربوکاپ چیست؟
در این مسابقات، متخصصان به طراحی و ساخت نرمافزارها و سختافزارهای رباتیک میپردازند و با یکدیگر رقابت میدهند. هدف از برگزاری این مسابقات، ارتقای سطح تحقیقات در زمینه رباتیک هوشمند و هوش مصنوعی است. - مسابقات ربوکاپ دانشآموزی چیست؟
فدراسیون ربوکاپ برای آشنایی دانشآموزان و نوجوانان 14-19ساله با دنیای رباتیک، توسعه توانمندیهای سختافزاری و نرمافزاری آنها و افزایش روحیه همکاری و انتقال دانش در بین علاقهمندان به این حوزه، در کنار لیگهای حرفهای، مسابقات ربوکاپ دانشآموزی را هم برگزار میکند. - مسابقات رباتیک چه انواعی دارد؟
لیگ رباتیک صنعتی، مسابقات رباتیک خانگی، مسابقات ربوکاپ امداد و نجات، مسابقات ربوکاپ فوتبال و مسابقات ربوکاپ دانش آموزی، 5لیگ حرفهای این مسابقات را تشکیل میدهند که هرکدام از آنها نیز به بخشهای مختلفی تقسیم میشوند.
