RoboCup es una competencia anual en la que la colaboración tecnológica se encuentra con el deporte. La iniciativa, celebrada por primera vez en 1997, sirve como plataforma para inspirar y mostrar innovaciones en robótica autónoma a través del deporte más popular del mundo: el fútbol. VDL Robot Sports, una organización sin fines de lucro compuesta por profesionales de la industria, ha presentado equipos de sistemas robóticos autónomos durante una parte considerable de la historia de la competencia, compitiendo en la Middle Size League (MSL).
Para RoboCup 2022 y 2023, celebradas en Portugal y Francia respectivamente, VDL Robot Sports hizo uso del BOXER-8251AI de AAEON, que cuenta con NVIDIA® Jetson Xavier™ NX. Para la competencia de 2024, celebrada en los Países Bajos, VDL Robot Sports decidió actualizar su plataforma para capitalizar las innovaciones que la gama de soluciones AI@Edge de AAEON había realizado durante el período intermedio, seleccionando el BOXER-8651AI como el sistema para ayudar a elevar el rendimiento de su equipo al siguiente nivel.
El desarrollo de un "equipo" de cinco robots autónomos capaces de jugar al fútbol como una unidad cohesiva conllevó una serie de consideraciones. Los robots tenían que ser capaces de navegar en un entorno deportivo dinámico y de ritmo rápido, procesar grandes volúmenes de datos de múltiples fuentes en tiempo real y ejecutar acciones basadas en decisiones tácticas acertadas en fracciones de segundo. Como tal, VDL Robot Sports requería un sistema con una variedad de interfaces capaces de adaptarse a sensores, cámaras y actuadores para facilitar la adquisición de datos necesaria para realizar estas acciones. Otra pregunta era si el sistema tenía la capacidad de ejecutar software de IA complejo aprovechando NVIDIA JetPack™ junto con el software principal del robot para la toma de decisiones y la ejecución de tareas.
Menos técnico pero igual de importante fue qué tan adecuadas eran las especificaciones ambientales del sistema elegido por VDL Robot Sports para sus sistemas robóticos autónomos. Dado que los robots encontrarían un movimiento rápido y omnidireccional, el sistema elegido tendría que ser lo suficientemente robusto para manejar dicho uso y lo suficientemente pequeño para permitir que los robots se movieran de una manera dinámica y ágil.
El armador del equipo: Potencia de inferencia NVIDIA® Jetson Orin NX
Cuando se trató de cumplir con las expectativas del sistema robótico autónomo de VDL Robot Sports, el BOXER-8651AI de AAEON dio en el clavo. Con la NVIDIA® Jetson Orin NX, el BOXER-8651AI estuvo en el objetivo, con la GPU NVIDIA Ampere integrada que cuenta con 1024 CUDA® y 32 núcleos Tensor que ofrecen capacidades de inferencia excepcionales. Además, el sistema admitía el kit de desarrollo de software NVIDIA JetPack™, lo que permitió a los ingenieros de VDL Robot Sports optimizar el rendimiento de sus modelos de IA, incluido el uso de TensorRT para inferencia de aprendizaje profundo de alto rendimiento y CUDA para computación paralela.
El equipo entrenó su modelo utilizando YOLOv5 con transferencia de aprendizaje, logrando una alta recuperación y precisión. Luego lo convirtieron al formato ONNX y lo optimizaron utilizando NVIDIA TensorRT. Esto permitió a los robots completar tareas de reconocimiento visual como detectar y rastrear la pelota, distinguir entre sus compañeros de equipo robóticos y oponentes, e identificar los postes de la portería.
Estos modelos y algoritmos de IA se integraron en el software principal de sus robots, en el que se introdujeron y analizaron los datos de los sensores utilizando los respectivos modelos de IA. Los resultados de este análisis se utilizaron para tomar decisiones en tiempo real y controlar las acciones de los robots. La NVIDIA® Jetson Orin NX del BOXER-8651AI, con su potente GPU NVIDIA Ampere, permitió una inferencia de alta velocidad de los modelos empleados por el equipo, reduciendo la latencia cuando los robots necesitaban realizar tareas visuales y estratégicas complejas.
El mediocampista todoterreno: Las interfaces de comunicación del BOXER-8651AI
Para conectar las cámaras y las otras MCU que gestionan los diversos sensores y actuadores, el sistema robótico autónomo de VDL Robot Sports aprovecha las múltiples interfaces disponibles en el BOXER-8651AI.
La clave para el funcionamiento de los robots fue el uso de los puertos USB 3.2 Gen 2 duales del BOXER-8651AI, a través de los cuales se integró una cámara estéreo, necesaria para obtener datos visuales, cruciales para el mapeo y la detección de obstáculos.
La interfaz Ethernet se utilizó para comunicarse con las otras MCU que controlan los diversos sensores y actuadores del robot.
Si bien VDL Robot Sports confiaba en que sus contrapartes robóticas harían el trabajo en el campo, la comunicación es clave para el éxito en todos los deportes de equipo. Como tal, el equipo utilizó la ranura M.2 2230 E-Key del BOXER-8651AI para la expansión Wi-Fi, lo que permitió la comunicación entre los robots y los entrenadores al margen.
Manteniendo la solidez defensiva: Hardware compacto y ambientalmente resistente
La robustez ambiental y el diseño compacto y liviano del BOXER-8651AI lo hicieron ideal para su instalación como parte de los sistemas robóticos autónomos de VDL Robot Sports, particularmente con respecto a las limitaciones de tamaño y la capacidad de resistir el movimiento dinámico de los robots durante los partidos.
Con solo 105 mm x 90 mm x 52 mm, las dimensiones del BOXER-8651AI aseguraron que no ocupara una cantidad sustancial de espacio dentro del diseño mecánico más grande de los sistemas robóticos autónomos de VDL Robot Sports, lo que permitió acomodar los motores, actuadores y sensores necesarios. Además, el peso neto de la PC de 1.58 lb (aprox. 0.72 kg) minimizó la tensión que el BOXER-8651AI tenía en la movilidad, maniobrabilidad y velocidad de los robots. Además, las características de resistencia a los golpes y vibraciones del BOXER-8651AI mejoraron aún más su durabilidad y confiabilidad, dados los frecuentes cambios de dirección que enfrentó a lo largo de los juegos.
Estas características aseguraron que el sistema pudiera resistir las tensiones físicas y las variaciones ambientales encontradas durante las competencias, mientras que su tamaño compacto y peso ligero facilitaron una integración perfecta en los robots, preservando su movilidad y efectividad.
La transición del BOXER-8251AI de AAEON al más avanzado BOXER-8651AI tuvo un impacto sustancial en el rendimiento de VDL Robot Sports durante la RoboCup MSL 2024. Las capacidades avanzadas del BOXER-8651AI ayudaron al equipo a producir un ejemplo verdaderamente impresionante de lo que se puede hacer en el campo de la robótica autónoma, un campo destinado a atraer las miradas de la próxima generación de ingenieros.
Habiendo progresado a través de la competencia con victorias notables sobre rivales como el Robot Club Toulon, VDL Robot Sports cayó en el último obstáculo, perdiendo ante los eventuales ganadores, Tech United, en las semifinales. A pesar de esto, el evento puede considerarse un éxito enorme, con una serie de concursos dramáticos, una fantástica deportividad y la convergencia de algunas de las mentes más grandes del mundo en la investigación de robótica autónoma.