ロボカップ

ロボカップは、ロボカップは、ラジコンのような人の操作によって動くロボットではなく、自分で考えて動く自律移動型ロボットによる競技会。それは、「西暦2050年までに、サッカーの世界チャンピオンチームに勝てる、自律移動のヒューマノイドロボットのチームを作る」という夢に向かって、人工知能やロボット工学の研究を推進し様々な分野の基礎技術として波及させることを目的とした、ランドマーク・プロジェクトだ。

1. 概要
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競技会場やメディアを通した一般への認知としては高度なロボットコンテストに見えるが、その見かけのエンターテイメント性にも意味があり、50年に渡り数世代に及ぶ研究課題として次世代を担う子供達に科学技術の興奮と素晴らしさを伝えている。

ソニーCSLの北野宏明や大阪大学の浅田稔、電総研の松原仁ら日本の研究者が提唱して1993年に提案され、1995年にスペシャルセッション、1996年にプレ大会、1997年より第1回として毎年開催されている。

積極的な国では春から初夏にオープン戦が開かれ、7月頃に世界大会が開かれる。日本では、5月のゴールデンウィーク中にRoboCupジャパンオープンが開かれる。

2. ロボカップ標準問題
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ロボカップが提唱するロボットと人工知能の新しい標準問題として、以下の一節が良く使われる。

By 2050, develop a team of fully autonomous humanoid robots that can win against the human world champion team in soccer.

「西暦2050年までに、人間のサッカーの世界チャンピオンチームに勝てる、自律型の人型ロボットチームを作る」

3. 競技とシンポジウムの意義
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ロボット工学の研究においては、人工知能から機械まで必要とされる要素技術が多く、再現性の不確かなシステムに陥りやすい問題がある。理論と現実の関連性の確保が難しく、誤れば研究の信頼性の問題となる。ロボカップは、一般にはロボット競技が注目されているが、競技で実証した研究をシンポジウムで発表すること、実物を前に研究者が交流を持つことにこそ意義があり、競技とシンポジウムは不可分の関係にある。

4. 競技種目
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ロボカップは大きく5つの分野に分けられ、さらに競技ごとに細かく分類される。

サッカー競技「ロボカップサッカー」、災害現場をテーマにしたフィールドで人命救助を行う「ロボカップレスキュー」、キッチンやリビングといった日常生活の場での人間との共同作業を追求する「ロボカップ＠ホーム」、物流や倉庫管理システムを題材とした「ロボカップインダストリアル」、将来のロボカップを支える子供たちのリーグ「ロボカップジュニア」がある。

4.1. ロボカップサッカー
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ロボカップの中心となる競技で、人間と同じように自分で状況を判断し動く自律型ロボットを使用して競技が行われる。

4.1.1. シミュレーションリーグ
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シミュレーションリーグでは、コンピュータ画面上に11対11の人工知能の選手達が戦う。

外見上は、サッカーのコンピューターゲームに見えるが、中身は大きく異なる。

一般的にコンピューターゲームとしてのサッカーは、1つのプログラムが全ての状況を知っているため、将棋と同様のゲームとなる。状況の情報を全て使用可能であるため、フォーメーションやチームワークを持たせることが容易である。

シミュレーションリーグでは、各選手が現実の体を持たないロボットとして動作する。

それぞれの選手は独立したプログラムであり、各選手が利用可能な情報は限定されている。見えるのは首の向いた方向だけ、見えたボールや選手の位置も意図的に誤差を含めて、蹴ったボールも正確には飛ばない。声に相当する通信も少ない情報のみで届くことすら保障されていない。

不完全な情報、不完全な結果、予測できない仲間。これらの状況は人工知能の重大な問題を豊富に含んでおり、優秀な論文を最も多く生んでいる。

1996年のロボカップ・プレ大会から始まる最も古いリーグ。サッカーとしても、ゲームの質が最も高い。

4.1.2. 小型ロボットリーグ
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車両型ロボットで戦う。2019年の世界大会より、参加チームの技術レベルに応じて先進的なDivision A、競争力の弱いチームや新規参入チームが参加するDivision Bに分けられており、細かな反則の有無やロボットの台数、フィールドサイズなどに差異がある。フィールド上4mの地点に、フィールドを見渡すカメラが設置され、その画像を元に、チームのコンピュータがロボットに指示を出して戦う。集約型システムのロボットとして、素晴らしい速度とフォーメーションで戦う。

リーグで共通するソフトウェアや通信プロトコル、ルールなどはGitHub上で公開されており、誰でも修正意見や問題を報告することができる。

人間がラジコン操作で勝負をしても勝つことはもはや不可能。

4.1.3. 中型ロボットリーグ
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18×12mのフィールドで5台までの自律移動型ロボットチーム同士で競技する。ロボットの大きさは正方形の一辺30cm以上52cm、高さ40cm以上80cm以下である。ただし、ゴールキーパーに限り、1秒間のみ正方形の一辺60cm以下、高さ90cm以内まで拡大可能である。小型ロボットリーグと大きく異なる点は、ロボットが完全に自律している点である。カメラ等の搭載センサのみで環境を認識し、その情報を用い判断・行動している。フォーメーションやチームプレイの難易度が高い。

人間がラジコン操作するロボットと互角なレベルに達しつつある。

近年、ループシュートを打つロボットが現れた。

4.1.4. 標準プラットフォームリーグ
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各チームが同じプラットフォームを使用し、プログラミングの優劣を競う。 使用機体は二足歩行ロボット「Nao」。

2007年までは「四足ロボットリーグ」としてSONYの愛玩ロボットAIBOで争われていたが、AIBOシリーズの販売終了に伴い、2007年の大会を最後にNaoに変更された。

4.1.5. ヒューマノイドリーグ
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2002年の世界大会から正式種目となった完全に独立した人型ロボットで戦う。各リーグの困難な部分を集めて、それだけでも困難な歩行ロボットに実行させる最も過酷なリーグ。2050年の目標へ向かうリーグであるが、技術的にまだ黎明期であり、各チームのロボットの状態に合わせて毎年出来る競技・ルールを作成している状態。身長60cm以下のキッズサイズリーグ、身長100cm以上のティーンサイズリーグ、身長130cm以上のアダルトサイズリーグに分かれる。一般的に小さいサイズの方がより高度な動きが出来る。

概ねの水準は以下の通り。各年の最優秀のロボットは以下の例より優れている。

2002年: 歩けないのが普通。特に優秀だと歩いてボールを蹴れる。多くが外部システムや電源に頼る。
2003年: 優秀なロボットは歩く。特に優秀だとボールを蹴れる。
2004年: 優秀なロボットはボールを蹴れる。特に優秀だとボールを見つけて蹴れる。
2005年: 優秀なロボットはボールを見つけて蹴れる。特に優秀だと状況判断で機動する。
2006年: 2対2のゲームが成立し始める。
2008年: 試合形式が3対3になる。専任のゴールキーパーを置くようになる。

4.2. ロボカップレスキュー
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1995年の阪神・淡路大震災の経験から始まった競技。

4.2.1. ロボカップレスキュー・シミュレーションリーグ
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ロボカップジャパンオープン2001およびロボフェスタ関西2001を経て、2001年の世界大会から加わった。コンピュータ上の市街地の地図上に家屋、人、自動車、道路…あらゆる人、物、事象をシミュレーションし、大規模災害の対応を研究するリーグ。地球シミュレーターであらゆる地球環境・気象を研究するように、災害のあらゆる事象を研究する。具体的には、震災発生後、火災延焼などが進行するシミュレータプログラムが用意され、競技参加チームは救助隊・消防隊・警察隊・市民など個々に対応するエージェントと呼ばれるプログラムを作成することにより災害軽減化を目指す。競技開始前に被災地の状態は与えられていないので、各エージェントプログラムは自ら情報収集を行い、消火、舗装、救助活動を自らの判断で行う。競技の実況は2次元マップ、3次元マップ上に表示され、シミュレータ内で起こっている事象を実況中継するプログラムなどにより競技の様子を知る事ができる。学生がシミュレーションで見つけた消火の最適解を消防士に話したら消防のマニュアル通りだったというエピソードがある。地理情報システムに含まれる建物には、建築年代、建築様式のみならず家族構成などの情報も含まれている。

4.2.2. ロボカップレスキュー・ロボットリーグ
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2001年の世界大会から加わった。レスキューロボットによる実物大の仮設の災害現場で、ロボットの性能を競うリーグ。具体的には、フィールドから離れた場所に隔離されたロボット操縦者が遠隔操作によりレスキューロボットを操縦か自律移動するロボットで、フィールド内に複数置かれた被災者を探索する競技である。ビクティムの探索は、カメラによる画像のみによる視認以外に、温度センサや二酸化炭素センサなど複数のセンサの併用によって確認しなければならない。また、その発見したビクティムの状態および置かれた位置、ビクティムまでの地図情報などの正確さが評価される。採点方法は複雑で小数点以下数桁が含まれる点数となり分かりにくいが、操縦者が少ないほど、発見したビクティムが多いほど点数が大きくなる仕組みになっている。

4.3. ロボカップジュニア
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子供達を対象とした、次世代のロボット開発者を育てる競技。教育とホームエンターテイメント向けのロボカップ。教材開発や、科学技術教育手法の研究を推進することも、ロボカップジュニアの活動の1つである。ロボカップ・ジュニアに参加する子供の保護者や学校の教員などを「メンター」と呼び、実際のロボット製作やプログラミングへの参加や指示は禁じられており、あくまで「間接的に」参加することを要求されている。これは、子供達の自主的な活動としたいという教育的な狙いに基づいている。 近年ロボットの製作に参加する保護者などが増えており、問題視されるようになりつつある。

また、2015年度の大会より日本国内のローカルルールとして、リチウムポリマーバッテリーをロボットに搭載する際の規制が行われている。 リチウムポリマーバッテリーを搭載するロボットを製作し全国大会に出場する参加者は、ロボットに安全対策を施した上で参加ブロックの技術委員の署名と押印入りの使用申請書を運営委員会に提出しなければならない。 この規制は、参加者のずさんなリチウムポリマーバッテリーの取り扱いにより安全な大会運営がおざなりになることを危惧して始まったが、規制対象となるバッテリーの条件を決定した基準が不透明であったり、リチウムポリマーバッテリーは規制する一方でリチウムフェライトバッテリーやリチウムイオンバッテリーなどリチウムポリマーバッテリー以外のリチウム系バッテリーは規制しないといった難解な部分があり、一部参加者などの間で物議を醸しているのも事実である。

4.3.1. サッカーリーグ
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改造可能な市販ロボット等を使って2対2のサッカー競技でロボット単体の性能や、チームプレイを競う。現在日本国内では、交流の機会が少なくなるとの理由から1対1は行われていない。2対2で使用するロボットについては、直径22cm×高さ22cmの円筒形に収まるサイズにしなくてはならない。部門はライトウェイトリーグとオープンリーグの二つに分かれ、ライトウェイトリーグは1.1kgの、オープンリーグは2.4kgまでの重量制限がある。赤外線パルスを発光するボールを使用するため、ロボットはボールを見つけるための赤外線センサや壁を探知するセンサなどを搭載する。ほとんどのロボットがマイコンを搭載しており、パソコンでプログラムを作成して自律制御させる。小学生年代からこの様な制御技術を扱うため、実際には対応したロボットキットを使うケースが多い。が、最近では市販のマイコンボードで制御を行い、オムニホイールやソレノイドを用いたキッカーやロボットとボールを固定させるドリブラーを組み込んだ高度なロボットを製作する子供も増えてきている。又、ルール規定違反だが保護者の援助を受けて違反出場するチームも多々ある。

2008年のRoboCup 2008 Suzhouより、GEN2と呼ばれる従来のジュニアサッカーリーグのフィールドから内壁を無くしたフィールドで試験的に試合が行われている。GEN2のフィールドでは、従来、壁のあったスペースの外側に30cmのアウトエリアと呼ばれるゾーンが出来、ゴールが黄色と青色で着色されている。床は左サイド、右サイド、ゴール前で色分けされている。ゴールが黄色と青色で着色されるようになった事で、ロボットの混乱を避けるためルール上でロボットを黄色又は青色で着色する事は禁止され、その色の衣服を着用する事も禁止になった。 また2009年のグラーツ世界大会より、GEN2を改良したField Bという競技が公式に開始されている。Field Bは内壁が存在しない事や、ゴールが黄色と青色で着色されているのはGEN2と同様だが、床が緑色のカーペットになり、アウトエリアの境界線が20mmの白い線でマーキングされるようになって、画像認識などの新しい技術を取り入れる事が考えられるようになった。

2013年のアイントホーフェン世界大会からは、相手ロボットや審判に危害を加えうる強力なロボットを減らすために、アウトエリアにロボットが完全に出ると1分間退場のペナルティが課せられるルールが作られ高度な制御が必要とされるようになった。 2016年の世界大会では試験的に赤外線ボールに変わるオレンジボールでの試合が導入される予定。

また、日本国内だけでの日本リーグでは、ビギナーズという、アウトエリアと呼ばれるゾーンがなく壁である、駆動モーターが二つ、電力が９Vまでなど初心者にとって作りやすいロボットで戦う部門もある。なお、日本大会に出場したチームはこの部門には出場できない。

4.3.2. Onstageリーグ
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子供達が製作したロボットによる自由演技ベースのダンスパフォーマンス競技。ロボットの動きだけでなく、全体のプレゼンテーション力も評価される。演技する床面は赤・黒・白のテープで矩形に区切られており、その範囲内でロボットに自律制御の演技をさせる。センサの活用度やプログラミングの高度さ、機構製作のアイデアなども審査の対象となる。

4.3.3. レスキューリーグ
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ロボットに決められたコースを辿らせて、早く確実に被災者を発見していくという競技。 競技にはLineとMazeの2つがある。Lineにおいては、被災した建物を模したコートは白色の床で、黒ビニールテープでラインが描かれている。このラインをトレースしてロボットを進ませるが、ラインは途中で20cm程度途切れた部分が設けられており、また障害物やバンプが置かれていたり、木の棒が撒かれていたりする。2021年ルールにおいては、被災者は黒と銀色のボールであり、避難ゾーンの中に置かれている。 Mazeにおいては、壁で囲まれた迷路の中をたどっていき文字や色、温度を観測することによって被災者を発見し、1立方センチメートル以上の体積のレスキューキットを届けるということが求められる。

4.4. ロボカップ@ホーム
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ロボカップ@ホームは、サッカーで培われた技術を今度は日常生活で活用しようという試みであり、キッチンやリビングルームでの利用を想定して、ロボットがいかに人間と共に作業を遂行できるか、その技術を競技形式で評価する。

2006年ブレーメン大会で初めてエキシビションが行われた。[1]

日本では2008年のジャパンオープンから公式競技として実施された。

4.5. 現在は非開催のリーグや企画
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これまでいくつかのリーグが、提案されてきたがエキシビジョンのみ開催されたり、数年で終了したリーグなどがある。

4.5.1. RoboCup@Space
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月面探査ロボットなどを想定したリーグで、2007年頃に企画されるが本開催には至らず。概念はGoogle Lunar X Prizeに近いものだった。

4.5.2. ロボカップトイズ
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2001年3月にバンダイ、タカラ、トミーの3社によってオープンアーキテクチャーによる遠隔操作型ロボットが発表された。2001年に発売された。3社の製品では互換性が確保されておりパーツを組み合わせることによりレギュレーションの範囲内であれば自由に組み替える事が可能だった。赤外線による遠隔操作である為有線式と比較して自由度が高かった。また、4対4で対戦するため同時に8台まで走らせることが出来た。発売後、国内で数回大会が開かれた。ホームカラーとアウェイカラーがそれぞれのロボットに用意されていた。

5. 組織
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ロボカップは、スイスにあるロボカップ国際委員会を中心に各国の委員会が運営している。ロボカップ国際委員会の本部はスイスに登記されている。

ロボカップ日本委員会は、特定非営利活動促進法の施行直後の1999年12月13日に、特定非営利活動法人として東京都の登記法人に登録。

各国の委員会は、以下の通り。

ドイツ、オランダ、イタリア、ポルトガル、スカンジナビア、オーストリア、アメリカ、ラテンアメリカ、シンガポール、中国、日本、イラン。

6. 歴史
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1993年 ソニーCSLの北野宏明や大阪大学の浅田稔、電総研の松原仁ら、日本の研究者がRoboCupを提案。
1995年 Special Session on RoboCup
1996年 Pre-RoboCup 96 Osaka
1997年 RoboCup 97 Nagoya【シミュレーション、小型、中型の3リーグが開催、11か国40チーム参加】
1998年 RoboCup 98 Paris【SONY4脚ロボットリーグが実機リーグに加わる、19か国81チーム参加】
1999年 RoboCup 99 Stockholm【来場者：約6万人】
2019年 第20回 ロボカップジャパンオープン2019 (新潟県長岡市、8月開催）