Humanoide Roboter Humanoide Roboter werden zu vielseitigen Helfern

Redakteur: Mag. Victoria Sonnenberg

Die Robotik etabliert sich zur Schlüsseltechnologie für Unternehmen. Der Roboter übernimmt zunehmend Aufgaben der Automatisierung. Zudem hilft er bei der Optimierung von Abläufen und Prozessen. Mit Prof. Dr.-Ing. Tamim Asfour, dem Leiter des Lehrstuhls für „Hochperformante Humanoide Technologien“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), sprachen wir über humanoide Roboter.

Firmen zum Thema

Keine Angst vor dem Roboter: Mit jedem Schritt in der Automatisierung gehen Arbeitsplätze verloren, aber nach einer gewissen Zeit entstehen neue Jobs. Die schwierige Zeit von der Einführung neuer Technologien bis zur Entstehung neuer Arbeitsplätze muss abgefedert werden.
Keine Angst vor dem Roboter: Mit jedem Schritt in der Automatisierung gehen Arbeitsplätze verloren, aber nach einer gewissen Zeit entstehen neue Jobs. Die schwierige Zeit von der Einführung neuer Technologien bis zur Entstehung neuer Arbeitsplätze muss abgefedert werden.
(Bild: KIT)

Der Lehrstuhl für Hochperformante Humanoide Technologien (H²T) am Institut für Anthropomatik und Robotik erforscht und entwickelt humanoide Robotertechnologien und -systeme, die vielseitige Aufgaben in der realen Welt in Interaktion mit dem Menschen ausführen. Die Forschungsschwerpunkte umfassen die Mechano-Informatik humanoider Roboter, das visuell und haptisch gestützte Greifen und die mobile Manipulation, das Lernen aus Beobachtung des Menschen, die Modellierung und Analyse menschlicher Bewegungen, das aktive Sehen und Ertasten, sowie Soft- und Hardwarearchitekturen und System- integration.

Der H²T wird von Tamim Asfour verantwortet, der seit 2003 die Forschungsgruppe für Humanoide Roboter am Humanoids and Intelligence Systems Lab (HIS) leitet und seit 1998 die Familie der humanoiden Armar-Roboter entwickelt.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Welchen Vorteil haben Roboter mit humanoidem Aussehen?

Die humanoide Form ist entscheidend für jegliche Mensch-Roboter-Kooperation. Wir gehen davon aus, dass diese humanoide Roboter in naher Zukunft auch als Kowerker in der Fertigung eingesetzt werden. Die humanoide Form trägt in erster Linie dazu bei, Bewegungen dieser Roboter besser durch Menschen vorhersagen zu können. Eine intuitive Kooperation zwischen Mensch und Roboter wird nicht durch das menschen- ähnliche Aussehen und Erscheinungsbild, sondern vielmehr durch die Möglichkeit erreicht, dass Menschen, die mit Robotern zusammenarbeiten, besser vorhersagen können, wie sich diese Roboter verhalten. Besitzen diese Roboter eine humanoide Form, dann können wir Menschen deren Bewegungen besser vorhersehen, weil wir automatisch davon ausgehen, dass sie sich wie ein Mensch bewegen.

Wofür können Roboter mit humanoidem Aussehen eingesetzt werden?

Humanoide Roboter können und werden für vielseitige Aufgaben in Umgebungen eingesetzt werden, die für Menschen geschaffen wurden. Unsere Wohnung und der Arbeitsplatz wurden im Laufe der Zeit für den menschlichen Körper optimiert. Das reicht von der Höhe von Tischen und Stühlen, der Breite von Türen bis hin zu der Gestaltung von Arbeitsplätzen und Werkzeugen wie Schraubendreher, Akkuschrauber oder Hammer, die die menschliche Hand verwendet, um Handhabungsaufgaben auszuführen. Wenn wir Maschinen entwickeln wollen, die für Aufgaben in menschenzentrierten Umgebungen eingesetzt werden sollen, dann ist die humanoide Form die beste Körpermorphologie, die vielseitige Aufgaben in solchen Umgebungen ausführen kann.

Wo sehen Sie vorrangige Einsatzfelder von Robotern?

Wir erleben nach wie vor einen starken Einsatz von Robotern im Bereich der Fertigung und Produktion, beispielsweise in der Automobilindustrie und in der Logistik. Auch für den privaten Haushalt werden vermehrt Staubsaugerroboter und Rasenmäher eingesetzt. Die Robotik wird in der Zukunft entscheidende Beiträge zur Lösung großer gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Herausforderungen und zur Verbesserung der Lebensqualität des Menschen in jeglicher Hinsicht leisten. So könnten Roboter in Industrie und Handwerk, bei Transport und Logistik die Produktivität steigern, eine Vielzahl effizienter Dienstleistungen für die Wirtschaft und Gesellschaft erbringen, zur Unterstützung eines länger selbstbestimmten Lebens im Alter dienen, im Krankenhaus und in der Medizintechnik die Qualität und Effizienz steigern, bei der unbemannten Raumfahrt wie auch bei der Katastrophenhilfe wertvolle Unterstützung leisten.

Ist der Roboter bereit für alle Einsatzfelder?

Das hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Industrieroboter, die abgeschirmt vom Menschen ihre Aufgaben verrichten, oder Staubsaugerroboter haben einen hohen Reifegrad erreicht. Roboter, die auf engem Raum mit dem Menschen zusammenarbeiten oder über längere Zeiträume hinweg in möglicherweise unbekannten und dynamischen Umgebungen (Industrie-, Labor- und Alltagsumgebungen des Menschen) operieren können, stellen immer noch eine wissenschaftlich-technische Herausforderung dar. Besonders wichtig sind dabei Lernfähigkeit und Zuverlässigkeit dieser Systeme. Sie müssen sich an neue Situationen anpassen, selbstständig navigieren, sich in einer fremden Umgebung zurechtfinden, mit Menschen sicher interagieren und durch die Interaktion mit der Umgebung und aus eigener Erfahrung lernen. Um dies zu erreichen, müssen Methoden des maschinellen Lernens, der Wahrnehmung und der Steuerung miteinander harmonieren, um zusammen ein robustes, adaptives Verhalten zu erzeugen. Gleichzeitig ergibt sich auch das Problem der Zuverlässigkeit solcher Roboter, die nicht nur von der Zuverlässigkeit der einzelnen Hardware- und Software-Teilsysteme abhängt, sondern von deren Verkettung zu einem integrierten Gesamtsystem.

In welchem Zeitraum kann dies nach Ihrer Einschätzung passieren?

Das ist nicht einfach einzuschätzen. Die Robotik ist eine stark interdisziplinäre Wissenschaft. Der Fortschritt in der Robotik hängt nicht nur von einer einzelnen Disziplin oder Technologie ab, sondern von vielen. Diese reichen von der Mechatronik, Regelungs- und Steuerungstechnik, Sensorik und Aktorik bis hin zur Informatik und künstlichen Intelligenz. Wenn sich die Entwicklung inkrementell, ohne große Durchbrüche, vollzieht, dann werden wir noch einige Jahrzehnte benötigen, um wahrhaft sichere und zuverlässige autonome Robotersysteme zu entwickeln. Wir erleben jedoch, dass Teilaspekte aus der Robotikforschung und -entwicklung bereits den Einzug in viele technische Assistenzsysteme gefunden haben. So werden Methoden zur Navigation in der mobilen Robotik beim autonomen Fahren verwendet und neuartige Leichtbau-Roboterarme sind auf dem Vormarsch, um den sicheren und flexiblen Einsatz von Robotern zu ermöglichen.

Erwarten Sie aktuell Technologiesprünge?

In jüngster Vergangenheit gab es einige Faktoren, die zu Fortschritten in der humanoiden Robotik geführt haben, beispielsweise die Verfügbarkeit von Hardware. Dazu gehören energieeffiziente Aktoren oder Sensorik, die hilft, Kollisionen zu vermeiden. Jetzt haben wir auch mehr Rechenpower, die wir in die Roboter integrieren können. Das erlaubt uns die Verarbeitung von größeren Datenmengen. Alles zusammen führt dazu, dass man mehr onboard rechnen kann. Der Roboter ist vielseitiger geworden. Vor allem die Fähigkeit, große Datenmengen zu analysieren, hat geholfen, aber wir warten auf den ultimativen Durchbruch zum Assistenten, mit dem man interagiert wie mit einem Menschen, mit dem man bedenkenlos kooperiert, ohne Angst zu haben vor Verletzungen.

Welche weiteren Entwicklungen sind für die Produktion zur Unterstützung des Werkers zu erkennen?

Wir arbeiten an anziehbaren Robotern, die als körpernahe Assistenzsysteme motorische und sensorische Fertigkeiten des Menschen erweitern. Diese Roboteranzüge werden als Kraftunterstützer bei manuellen Arbeiten zum längeren Erhalt der Arbeitsfähigkeit und zur Vorbeugung berufsbedingter Schäden am Muskel-Skelett-System aufgrund von Fehlbelastungen beitragen. Wir streben Systeme an, die Funktionen einer meist passiven Orthese (äußere Unterstützungsstrukturen bei vorhandenen Gliedmaßen) erweitern hin zu einem aktiven körpernahen Ganzkörper-Exoskelett – Roboteranzug – mit teilautonomen Funktionen. Durch die Unterstützung beim Wiedererlernen motorischer Fähigkeiten nach Verletzungen des Bewegungsapparats werden derartige Roboteranzüge auch einen wesentlichen Beitrag zur modernen, personalisierten Rehabilitation leisten. Sie können auch zu einem integralen Bestandteil der Ausrüstung von Rettungsdiensten bei Katastrophenszenarien werden.

Wann wird der humanoide Roboter in der Lage sein, direkt mit dem Menschen zu interagieren?

Das ist die Schlüsselfrage. Der Erfolg vom Roboter in menschenzentrierten Umgebungen hängt stark von der Art und Weise ab, wie wir Menschen mit diesen Robotern interagieren und kommunizieren. Dazu werden robuste und benutzerfreundliche Mensch-Roboter-Schnittstellen benötigt, mit denen ein Mensch wie bei einer Mensch-Mensch-Interaktion mittels natürlicher Sprache und Gesten mit dem Roboter auf natürliche Art und Weise kommunizieren und kooperieren kann. Auf dem Gebiet des Verstehens natürlicher Sprache wurden in den vergangenen Jahren große Fortschritte erzielt. Jedoch fehlen noch robuste Dialogsysteme mit vielseitigen Dialogstrategien, die neben der natürlichen Interaktion die Möglichkeit zum interaktiven Lernen von neuem Wissen auf eine robuste und für den Menschen transparente Art und Weise erlauben.

Reicht die derzeitig verfügbare Rechenpower aus?

Die Anforderungen an die Rechenleistung von Robotern werden beim Entwurf berücksichtigt und so ausgelegt, dass sie für den Anwendungsfall ausreichend sind. Die Fortschritte der Rechnertechnologien erlauben es, Roboterarchitekturen mit mehr und mehr komplexen Algorithmen der Bildverarbeitung oder Sprachverarbeitung zur Interpretation von Situationen und zur kontextsensitiven Generierung von Aktionen und deren Adaption an die gegebene Situation zu entwickeln. Die Verfügbarkeit von großen Datenmengen und das Cloud-basierende Rechnen werden in absehbarer Zeit neue Möglichkeiten für die Realisierung zukünftiger Robotersysteme eröffnen.

Entwickeln sich künstliche Intelligenz und Robotik aufeinander zu oder entfernen sie sich voneinander?

Auf keinen Fall. Robotik hat immer eine große Rolle in der KI-Forschung gespielt und wird dies in der Zukunft noch mehr tun. Robotik ist für mich das beste Beispiel, wo und wie man künstliche Intelligenz demonstrieren kann. Unser Ziel in der Robotik ist es, Methoden der künstlichen Intelligenz und der Informatik in Robotern zu realisieren, die physisch mit Mensch und Umgebung interagieren können, aus dieser Interaktion sowie aus den Konsequenzen der eigenen Aktionen lernen, um zielgerichtetes Verhalten zu realisieren und sich dabei ständig zu verbessern. Somit ist die Forschung an Robotern mit maschineller Intelligenz eine Untermenge der KI-Forschung. Beide Gebiete profitieren voneinander und werden dies auch in Zukunft tun. Denn die Robotik wird von intelligenten Algorithmen und Methoden profitieren, und die KI-Forschung wird mit immer besser werdenden Robotersystemen eine unvergleichbare Möglichkeit haben, intelligentes Verhalten anhand von physisch agierenden Systemen zu validieren.

Sehen Sie Möglichkeiten, dass der humanoide Roboter mit seiner Intelligenz Abläufe in der Industrie automatisieren und verbessern kann?

Ja, sicher. Die Einführung vielseitiger, sicherer und intelligenter Roboter wird zu einer weiteren Flexibilisierung und Effizienzsteigerung in der Produktion führen. Nach wie vor werden viele monotone und langweilige Arbeiten in der Produktion manuell durchgeführt, weil es keine Roboter gibt, die diese Aufgaben durchführen können. Vielseitige Roboter wie humanoide Roboter, die eine Vielzahl von Aufgaben durchführen können, sich an unterschiedliche Situationen und Szenarien anpassen und intuitiv programmiert werden können, werden die Gestaltung zukünftiger Fabriken entscheidend beeinflussen. In solchen Fabriken werden Mensch und Roboter Seite an Seite arbeiten und miteinander kooperieren, um die Arbeitsbedingungen für den Menschen zu verbessern und gleichzeitig die Effizienz zu steigern. Solche Roboter-Kowerker werden weitere Abläufe in der Industrie automatisieren und verbessern.

Wird die Planung und Entwicklung von Anlagen künftig einfacher?

Die Verfügbarkeit vielseitiger intelligenter Roboter bedeutet ein Umdenken bei der Planung und Realisierung von Anlagen. An Fertigungsstraßen wird ein solcher Roboter unterschiedliche Aufgaben erledigen, die heute von mehreren Robotern durchgeführt werden, die auf Teilaufgaben spezialisiert sind. Intelligente mobile Roboter, die mit Manipulatoren ausgestattet sind, werden es erlauben, rekonfigurierbare Anlagen und Fabriken zu realisieren, die sich an neue Produkte anpassen lassen.

Steigt der Roboter auch in Operational Excellence ein?

Die Prozesse in Unternehmen werden durch künstliche Intelligenz und durch mit künstlicher Intelligenz ausgestattete Roboter verbessert. Wichtig ist, dass wir hier aktiv werden, um die Angst vor den Robotern als Jobkiller zu nehmen. In der Politik muss man sich jetzt schon Gedanken darüber machen, wie die Arbeitsplätze in der Zukunft aussehen werden. Die Robotertechnologie wird sie grundlegend verändern.

(ID:44196942)