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Torminator aus Kunststoff, Stahl und Elektronik
„Goalias“ – der beste Torhüter der Welt?
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Nicht schön aber effektiv – der Torhüter, der nichts durchlässt
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Hier wurde der „Torminator“ entwickelt. Aus rund 1500 Kilogramm Stahl, Glasfaser und einer Menge Technik. Dies alles wiederum qualifiziert ihn nicht gerade als erste Wahl einer Top-Mannschaft, doch Goalias ist ja auch nur ein Experiment. Ein Versuch, eine Maschine zu entwickeln, die jeden, wirklich jeden Elfmeter halten kann. Theoretisch möglich, denn ein heransausender Ball ist kein Geheimnis. Den muss man „nur“ sehen, einschätzen und abfangen können. Und das alles möglichst flott, sonst zappelt das Leder im Netz.
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Auch Profi-Kicker legen sich krumm – und sind meist erfolglos.
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Große Fußballereignisse scheinen das IAS schon immer motiviert zu haben. Bereits 2006 gab es den so genannten Mini Goalias, mit dem alles anfing. Ein Tipp Kick Torhüter, der in der Lage ist, so ziemlich jeden Ball aus den Ecken des kleinen Plastiktores zu fischen. Der kleine Wunderkeeper faszinierte dermaßen gut, dass man am Institut beschloss, einen Goalias in Lebensgröße für ein echtes, 2,44 m hohes und 7,32 m breites, Fußballtor zu entwickeln. Das Vorhaben war schließlich Gegenstand einer Wette zwischen Professor Peter Göhner, dem Leiter des Instituts und Thyssen Krupp Vorstand Ekkehard Schulz sowie dem Baden Württembergischen Ministerpräsidenten Günther Oettinger. Es ging darum, ob Goalias Elfmeter, von Profis geschossen, halten könne. Gewettet wurde um die Entwicklungskosten und darum, dem Goalias dann exklusiv von den Profis des VFB Stuttgart die Bälle um die Ohren dreschen zu lassen.
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Hochleistungskameras: Die Augen des Keepers
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Das Runde will ins Eckige. Das zu verhindern, muss technisch machbar sein. Und eigentlich geht es ja nur darum, den Ball zu orten, die Flugbahn zu berechnen und die Mechanik schnell genug in Gang zu bringen. Doch so einfach ist das nicht. Denn es geht um Bälle, die mit bis zu 120 km/h geschossen werden. Dadurch ergibt sich eine zur Verfügung stehende Zeit von rund 400 ms. Die muss Goalias also nutzen, um Ballposition und Auftreffpunkte im Tor zu berechnen und schließlich in die richtige Ecke zu hechten. Riesen-Anforderungen an Mechanik, Elektronik und Softwaretechnik, wie die rund 20 köpfige Projektgruppe, betehend aus Dozenten, wissenschaftlichen Mitarbeitern und Studenten feststellen musste.
Erste Aufgabe: Der Ball muss erkannt werden. Dazu werden drei Kameras verwendet, die ein aussagekräftiges Bild im Raum ermöglichen. Zwei der Hochleistungskameras befinden sich links und rechts am Tor, eine frontal an der Decke vor dem Ball. Sie verfolgen die Flugbahn mit 50 Bildern pro Sekunde und verfügen über einen integrierten Signalprozessor, der bereits in der Kamera selbst die Bilder verarbeitet.
Die gesamte Positionsbestimmung wird somit bereits hier durchgeführt. Der Vorteil: Es müssen keine großen Datenmengen zum auswertenden Rechner übertragen werden. Wichtige Zeit wird hier bereits eingespart. Auch wird nur jeweils der Bildausschnitt gescannt, in dem sich der Ball aller Wahrscheinlichkeit nach befinden muss. So bleibt die auszuwertende Datenmenge möglichst klein. Die Kamera „weiß“ somit immer, in welchem Sektor sie dem Ball zu folgen hat. Schwierig wird dies freilich bei geschlenzten und angeschnittenen Bällen, die eine „krumme“ Flugbahn nehmen. Hier verlässt sich ein Weltklasse Torhüter auf Erfahrung und Instinkt. Eigenschaften, die Goalias ganz sicher nicht haben kann. Diese komplizierten Berechnungen erfolgen dann in der zentralen Steuerung und Flugbahnberechnung, die mit einem leistungsstarken Microcontroller Board arbeitet. Diese Hardware wird übrigens auch häufig in der Automobilindustrie eingesetzt. Somit können sich Studenten schon einmal mit dieser Technik vertraut machen – ganz sicher hilfreich für den Einstieg ins Arbeitsleben.
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Die „Mannschaft“ hinter dem Torhüter
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Dieser Prozessor errechnet den Auftreffpunkt des Balles im Tor und die Zeit, die Goalias noch bleibt, sich danach zu strecken. Aus diesen Größen errechnet die Einheit die Beschleunigung und die Endgeschwindigkeit, mit der sich der künstliche Torwart bewegt. Bis zu 55 km/h wird Goalias schnell. Er wird von einem stabilen Zahnriemen angetrieben, der ihn in der kurzen Zeit vom Abschuss des Balles bis zum Erreichen des entferntesten theoretischen Punktes mit bis zu 70m/s2 zu beschleunigt. Dabei wirkt das Achtfache der Erdanziehung auf die Figur, die klaglos ihren Dienst verrichtet und Elfmeterschützen zur Verzweiflung bringt. Wer sich so schnell bewegt, braucht einen sicheren Stand. Die Führungsschiene, auf der Goalias den Bällen entgegenfliegt sowie der Servomotor für den Antrieb sind daher auf Stahlplatten mit einem Gewicht von insgesamt 1,5 Tonnen befestigt.
Goalias hält, was das IAS verspricht
Mittlerweile haben sich schon viele ausgezeichnete Fußballer die Zähne an Goalias ausgebissen. Darunter unsere weltmeisterliche Damen-Nationalmannschaft und die Oberligisten der Stuttgarter Kickers.
Goalias hält, was das IAS verspricht
Mittlerweile haben sich schon viele ausgezeichnete Fußballer die Zähne an Goalias ausgebissen. Darunter unsere weltmeisterliche Damen-Nationalmannschaft und die Oberligisten der Stuttgarter Kickers.
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Wie der Ball auch kommt, wie der Schuss auch fällt, der Goalias, der hält.
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Video
Goalias in Action
Was wie eine lustige Attraktion anmutet, birgt in erster Linie ein riesengroßes Lern- und Wissensspektrum für angehende Ingenieure. Auf spielerische Weise fördert das Projekt den Forschergeist der Stuttgarter Studenten und bereitet perfekt auf das spätere Berufsleben vor. Immerhin gilt die Automatisierungstechnik in Deutschland als hochgradig zukunftsträchtig und damit als sichere Bank für interessante Jobs. Goalias, der Riese im Tor, verdeutlicht, was heute in diesem Bereich möglich ist.
Weiterführende Infos unter:
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