Mengenal Robot Sepakbola

Permainan sepakbola saat ini merupakan fenomena yang luar biasa di dunia. Jenis permainan ini telah melanda hampir seluruh seluruh penjuru dunia, dengan penggemar dari berbagi segmen mulai dari anak-anak sampai dengan kaum lanjut usia. Kepopuleran permainan sepakbola tersebut mendorong para ilmuwan untuk menciptakan robot yang bisa memainkan sepakbola. Ide itu kemudian terealisasi sekitar satu dekade lalu, tepatnya tahun 1998 saat dilangsungkannya putaran final piala dunia di Perancis. Sampai dengan saat ini kejuaraan sepakbola robot tingkat dunia digelar setiap tahun, dengan penyelenggara yang berbeda-beda tiap tahunnya. Para ilmuwan menargetkan pada tahun 2050 juara piala dunia sepakbola robot akan diadu dengan juara piala dunia sepakbola manusia.

Seperti halnya sepakbola yang dilakukan oleh manusia, setiap tim yang bertanding pada permainan sepakbola robot juga menggunakan strategi permainan. Untuk tujuan tersebut, maka setiap robot dalam satu tim yang sama harus memiliki kemampuan untuk saling bekerjasama dengan robot lain dalam tim yang sama. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah sistem komunikasi yang mampu mengkoordinasi gerak robot, untuk bisa saling bekerjasama memainkan sepakbola robot sebagai satu tim dalam menjalankan strategi permainan tersebut.

Agar bisa menjalankan perannya di posisi masing-masing di lapangan, setiap robot harus mempunyai kemampuan individu khusus. Setiap robot harus mampu memutuskan sendiri, tindakan apa yang harus dilakukan di lapangan permainan. Misalnya ketika robot tersebut melihat bola yang ada di hadapannya, robot harus mengambil keputusan yang cepat untuk menendang bola tersebut ke gawang lawan atau mengopernya ke robot lain dalam satu tim yang sama. Semua tindakan tersebut harus diatasi sendiri oleh masing-masing robot selama permainan berlangsung.

Permainan sepakbola robot mengikuti aturan standar yang diberlakukan dan harus dipatuhi oleh setiap peserta. Di antara aturan tersebut, adalah permainan dilakukan di atas lapangan berukuran panjang 9 meter dan lebar 5 meter. Masing-masing robot dalam satu tim terdiri dari 4 robot, 3 robot sebagai robot pemain dan 1 robot sebagai robot penjaga gawang. Panjang, lebar dan tinggi maksimal robot adalah 500mm x 500 mm x 800 mm. Bola yang dipakai untuk permainan sepakbola robot berwarna orange, dengan ukuran standar 5, sesuai standar FIFA.

Sistem Kendali Robot

Setiap robot dilengkapi dengan komputer mini dalam satu papan tunggal yang dilengkapi dengan unit I/O dan sebuah wireless LAN. Komputer mini yang dipakai berjenis setara dengan pentium III. Untuk dapat menjalankan perannya masing-masing di lapangan setiap robot harus mempunyai kecerdasan agar bisa mengambil keputusan secara independent di lapangan permainan. Oleh karena itu, setiap robot ditanami kecerdasan buatan, dengan memanfaatkan algoritma jaringan syaraf tiruan. Dengan demikian setiap robot akan mempunyai kemampuan beradaptasi sendiri-sendiri di lapangan. Pemberian software tersebut memungkinkan robot untuk dapat mempelajari sendiri situasi yang terjadi di sekelilingnya, kemudian memutuskan sendiri tindakan yang tepat yang harus dia lakukan di lapangan, tanpa perlu campur tangan manusia. Masing-masing robot dalam satu tim terhubung dalam satu link dalam suatu Local Area Network yang dikendalikan oleh sebuah PC sebagai master. Master akan melakukan koordinasi masing-masing robot dalam satu tim, dengan menyesuaikan strategi permainan tim robot tersebut.

Struktur Mekanik Robot

Struktur mekanik robot dirancang untuk dapat menampung sistem penglihatan robot dan komputer mini. Sebuah kendali pneumatic agar robot bisa menendang bola juga disertakan di tiap-tiap robot. Dua motor dengan presisi tinggi dipakai untuk mengendalikan robot dan manuver robot tersebut di dalam area lapangan permainan menggunakan prinsip wheel-chair. Sistem mekanik robot penjaga gawang juga dirancang khusus sesuai fungsinya sebagai penjaga gawang, dan biasanya desain mekanik robot tersebut berbeda dengan desain mekanik robot lainnya dalam satu tim.

Sistem Indera Robot

Komponen utama dalam sistem indera robot adalah sebuah sistem penglihatan on board. Sistem tersebut terdiri atas kamera RGB, yang dilengkapi dengan blok rangkaian untuk mengenali warna benda. Sistem penglihatan robot dirancang untuk mengenali sedikitnya 5 warna sehingga mampu mendeteksi lokasi robot di lapangan terhadap 2 gawang, yakni gawang tim sendiri dan tim robot lawan. Sistem penglihatan robot juga harus mampu mendeteksi gawang, garis gawang, garis tepi lapangan permainan, dan bola yang digunakan dalam permainan tersebut. Setiap robot juga dibekali kemampuan untuk dapat mengenali dan membedakan robot tim sendiri dan robot tim lawan.

Prinsip kerja sistem penglihatan robot, meniru sistem penglihatan pada manusia., yakni ketika warna-warna yang berbeda terdeteksi oleh kamera, warna-warna tersebut akan diproyeksikan ke sumbu x dan y berdasarkan ukuran benda yang dilihat, kemudian informasi yang diperoleh akan dikirimkan ke otaknya robot (dalam hal ini adalah sebuah prosesor) untuk kemudian diolah. Data yang diperoleh akan dikirimkan ke master, kemudian master mengkoordinasi robot-robot yang lain sesuai dengan informasi yang dikirimkan oleh robot tersebut. Setelah master selesai melakukan koordinasi, master kemudian memerintahkan robot tersebut untuk melakukan tindakan yang tepat, sesuai dengan strategi tim dalam permainan tersebut. Oleh robot tersebut, informasi yang diperoleh akan diolah, kemudian prosesor akan memerintahkan sistem eksekusi robot menjalankan perintah yang diberikan. Sistem eksekusi ini mirip dengan sistem gerak tubuh yang berupa otot pada sistem tubuh manusia. Proses tersebut berlangsung secara terus menerus selama permainan berlangsung.

Sistem indera yang juga ditanamkan dalam tiap robot, adalah beberapa pasang pemancar dan penerima infra merah yang dipasang pada beberapa bagian robot. Pemasangan sensor ini dimaksudkan agar robot tidak sampai menabrak papan pembatas lapangan permainan, dan juga mencegah terjadinya tabrakan dengan robot lain yang biasanya muncul tiba-tiba di hadapan robot tersebut. Ketika sensor tersebut mendeteksi keberadaan robot lain, atau papan pembatas lapangan, sistem sensor akan melaporkan ke prosesor robot tentang keberadaan benda tersebut. Oleh prosesor, data akan diolah dan dikirimkan ke sistem eksekusi robot untuk menghindari tabrakan tersebut.

Sistem Adaptasi Robot

Sistem adaptasi yang ada pada robot sepakbola juga biasa disebut sebagai unit pengenal, untuk mengenali lingkungan sekitar robot. Bagian ini terdiri dari 2 modul hirarki yang terhubung secara bersama-sama menggunakan sambungan frekuensi radio. Satu modul berada di masing-masing robot dan satu modul lagi adalah sebuah komputer yang berperan sebagai master semua robot.

Modul yang berada di masing-masing robot adalah sebuah blok sistem komputer mini, yang dilengkapi dengan unit I/O dan kartu WIFI. Modul ini dalam hirarki sistem kendali robot disebut juga sebagai sub system. Kegunaan dari modul ini adalah untuk mengumpulkan informasi yang diperoleh dari sistem indera robot, baik indera penglihatan maupun dari sensor infra merah. Modul ini kemudian akan memetakan, jenis tindakan apa yang harus dilakukan oleh robot setiap menghadapi suatu keadaan tertentu. Kemudian mengirimkan data tersebut ke komputer master, oleh komputer master data kemudian diolah untuk kemudian dilakukan koordinasi secara menyeluruh dengan robot lain. Setelah koordinasi selesai dilakukan, komputer akan mengirimkan kembali data tersebut ke robot. Oleh robot data diolah dan dikirimkan ke bagian sistem eksekusi robot. Sebagaimana disebutkan sebelumnya, bahwa modul ini bersifat independent antara robot satu dengan robot lainnya.

Pada modul yang kedua, yaitu sebuah komputer (PC) yang berperan sebagai master, semua proses koordinasi robot berlangsung. Modul ini berperan sebagai pusat informasi semua robot. Selama permainan berlangsung, PC akan secara terus menerus menerima informasi terbaru dari semua robot di lapangan tentang, posisi bola dan jarak relatif mereka dari masing-masing area gawang sendiri dan area gawang lawan. Informasi yang dikirimkan tersebut akan diolah dan dipetakan oleh PC untuk kemudian diolah dalam kode perintah ke masing-masing robot dalam satu tim. PC akan memerintahkan robot mana yang akan bertahan dan robot mana yang akan berposisi sebagai penyerang. Demikian proses tersebut berlanjut secara terus menerus selama permainan berlangsung.

Pada situasi di mana bola dalam keadaan mati, karena ada pelanggaran, atau bola telah keluar bidang permainan, PC dapat juga memerintahkan masing-masing robot pemain untuk bergerak menuju lokasi tertentu sesuai situasi yang diinginkan. PC akan memerintahkan robot mana yang akan menendang bola untuk tendangan pinalty, tendangan bebas, atau melakukan pergerakan tertentu untuk melakukan penyerangan. Antara modul 1 dan modul 2 terhubung dengan sebuah wireless LAN. LAN yang digunakan adalah sesuai dengan standart IEEE yakni 2.4 GHz, 802.11 b/g.

Sistem operasi yang digunakan dapat berupa sistem operasi windows ataupun Linux. Program yang biasa dipakai untuk sistem kendali adalah C++. Jika sistem penglihatan pada masing-masing robot tidak mampu mendeteksi bola, robot akan diperintahkan untuk bergerak ke posisi tertentu untuk mencari posisi bola. Jika robot tersebut mendeteksi keberadaan bola, koordinat dan jarak bola dari robot, dan posisi relatifnya terhadap masing-masing gawang sendiri dan gawang lawan akan dikirimkan ke PC. Robot tidak akan mendekati bola sebelum robot tersebut diinjinkan untuk melakukannya oleh PC. Hal tersebut untuk menghindari terjadinya tabrakan antar robot dalam satu tim, karena masing-masing robot saling berebutan bola. Setelah ijin diberikan, robot akan mendekati bola. Sesuai dengan perintah PC, robot kemudian akan menjalankan instruksi berikutnya tentang apa yang harus dilakukannya berikutnya, apakah untuk mencetak goal atau untuk mengamankan gawangnya dari serangan tim robot lawan.

Sistem Eksekusi

Sistem eksekusi terdiri atas sepasang motor yang mengendalikan kaki robot yang akan menggerakkan robot, sehingga robot dapat menjalankan perannya masing-masing di lapangan. Masing-masing motor dikendalikan oleh sebuah rangkaian kendali, berupa chip IC. Kecepatan putaran motor dikendalikan dengan sinyal PWM yang disuplay dengan papan I/O digital. Sebuah encoder yang menghasilkan 200 pulsa tiap detiknya dipakai untuk sistem kendali umpan balik masing-masing motor. Sebuah sistem pneumatik untuk menendang yang bekerja pada tekanan udara 8 bar juga disertakan dalam sistem. Sistem ini terbuat dari dua piston pneumatik yang terhubung paralel.

Meskipun saat ini kemampuan robot sepakbola tersebut belum sehebat wayne Rooney, Ruud van Nistelroy, dan Francesco Totti dalam membobol gawang lawan. Belum juga sehebat Kaka, Ronaldinho, Cristiano Ronaldo dan David Beckham dalam mendrible dan memberi umpan matang. Belum juga setangguh Fabio Cannavaro dan Paulo Maldini dalam menjaga area pertahanan. Ataupun setangguh Iker Casilas dan Edwin Van Der Saar dalam menjaga gawang. Seiring perkembangan teknologi komputer yang melaju pesat bisa jadi tahun 2050 nanti, saat juara dunia sepakbola robot ditandingkan dengan juara dunia sepakbola manusia, tim sepakbola manusia hanya akan menjadi lumbung gol tim juara dunia sepakbola robot. Menarik untuk kita tunggu!.