Dieser Roboter ist Meister in „Vier Gewinnt“

Wer kennt es nicht, das Strategiespiel „Vier gewinnt“? Aber haben Sie es schonmal gegen einen Roboter gespielt? Dank vier Masterstudierenden der HTWG ist das jetzt möglich. Aber vorsicht, die KI ist eine starke Gegnerin.

Präzise hebt der organgefarbene Roboter mit seinem Greifarm ein Spielsteinchen in die Höhe, fährt auf einer Metallschiene das „Vier gewinnt“-Spielfeld ab und platziert dann wohlkalkuliert den Stein in einer der Reihen. Der flinke Roboter hat ein Ziel: die Spielsteine der eigenen Farbe so zu platzieren, dass vier nebeneinander in diagonaler, waagerechter oder senkrechter Reihe zum Liegen kommen. Wer das im Duell zuerst schafft, hat das Spiel gewonnen.

Noch hat er keinen Namen, der Roboter der HTWG-Studierenden

Was wie eine witzige Spielerei wirkt, ist hohe Ingenieurskunst. „Entwicklung eines Reinforcement Learning Agenten für das Strategiespiel Vier-Gewinnt“ - so lautet der offizielle Titel der Projektarbeit von Alexander Bernhardt, Christian Bernhardt, Raphael Carli und Manuel Reichelt. Sie studieren im Master Elektrische Systeme an der Fakultät Elektro- und Informationstechnik und wurden betreut von Prof. Dr. Christopher Knievel. Teilweise bis zu 80 Stunden pro Woche investierten die ehrgeizigen Tüftler in die Entwicklung und Konstruktion des Roboters, denn sie wollten, dass er perfekt ist. Und diese Perfektion haben sie erreicht!

(V.l.r.) Manuel Reichelt, Christian Bernhardt, Raphael Carli und Alexander Bernhardt können stolz auf sich sein

Alpha-Zero Algorithmus haucht Roboter stragegisches Denken ein

„Die Aufgabenstellung bestand darin, die Prinzipien und Algorithmen von Machine Learning und insbesondere Reinforcement Learning gewinnbringend einzusetzen und auf dieser Grundlage einen KI-Agenten zu trainieren, welcher idealerweise ein übermenschliches Spielniveau erreicht. Dieser entscheidet anhand der aktuellen Spielsituation den nächsten bestmöglichen Zug", erklären die Studierenden. Übermenschliches Spielniveau? Einfach gesagt heißt das, der Roboter ist so gut programmiert, dass man gegen ihn nicht gewinnen kann.

Herausgestellt hat sich, dass der Algorithmus Alpha-Zero am besten für das Vorhaben geeignet ist. Damit arbeiteten die vier Masterstudierenden mit einem Algorithmus, den auch die Google-Tochter DeepMind für die Entwicklung von Strategiespielen einsetzt.

Der Roboterarm, der die Aktionen des KI-Agenten ausführt, stammt aus dem 3D-Drucker. Doch woher weiß der Roboter, wo er den Stein einwerfen soll? „Neben der Entwicklung der Software musste dafür ein reales Spielfeld aufgebaut werden, welches in der Lage ist, die eingeworfenen Spielsteine mithilfe eines Sensorsystems zu erkennen", sagen die vier Jungingenieure.

Die harte Arbeit der Studierenden hat sich gelohnt: Der aktuelle Prototyp vereint nicht nur Hardware- und Software-Engineering sowie die Zusammenführung der Systemkomponenten, sondern wurde auch hinsichtlich Spielführung, Positionierung, Rechenleistung und KI-Geschwindigkeit optimiert. Und optisch ist der Roboter auch ein Hingucker.

Der revolutionäre Roboter hat auch das Interesse der lokalen Medien auf sich gezogen. Regio-TV hat extra ein Filmteam aus Ravensburg auf die andere Seeseite nach Konstanz geschickt, um bei der Präsentation des Projekts im Herbst 2023 an der HTWG dabeizusein.

Der spannende Beitrag kann in der Mediathek abgerufen werden (mit Klicken des Links verlassen Sie die HTWG-Webseite): https://www.regio-tv.de/mediathek/video/regio-tv-bodensee-journal-17-10-2023/