Roboter Autonome Roboter fürs Weltall und für Produktionshallen

Roboter so zu konstruieren, dass sie flexibel, (teil-)autonom und feinfühlig arbeiten können, daran arbeitet das gerade gestartete Projekt Transfit. Das Besondere: Die Roboter sollen sowohl im Weltall als auch in Industriebereichen eingesetzt werden können.

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Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (GmbH)

Das Projekt Transfit will Robotersysteme entwickeln, die den Infrastrukturaufbau im Weltraum ermöglichen, aber auch im Bereich Industrie 4.0 eingesetzt werden können. Im Mittelpunkt steht der Einsatz für (teil-)autonome Anwendungen bei Weltraummissionen. Ausgehend von den Ergebnissen im DFKI-Transferprojekt Transterra, das die Exploration und Logistik für den Aufbau von Infrastruktur auf fremden Planeten untersuchte, liegt in Transfit nun der Fokus auf dem Aufbau selbst. Das Projekt ist Teil der DFKI Space-Roadmap, die Grundlagen für autonome Systeme für die extraterrestrische Expedition schaffen will. Außerdem sollen die Forschungsergebnisse auf terrestrische Anwendungen übertragbar sein, vor allem im Bereich Industrie 4.0.

Roboter und Astronaut arbeiten eng zusammen

Um bei bemannten Missionen, bei denen sich Astronauten auf Planeten, Monden oder Asteroiden aufhalten, den Menschen nicht zu gefährden, sind Roboter etwa beim Aufbau stationärer Lager, Unterständen und Laboren sinnvoll. Da Roboter komplexe Aufgaben jedoch nur bedingt autonom lösen und sich auch nur bedingt flexibel verhalten können, muss er eng mit dem Astronauten zusammenarbeiten.

Deshalb arbeitet das Projekt vor allem an einem Kooperationsszenario von Astronaut und Roboter, die gemeinsam eine Infrastruktur aufbauen. Dabei sollen sie nach dem Prinzip der „Sliding Autonomie” unterschiedlich stark interagieren, von reiner Teleoperation über Teleoperation mit teilautonomen Funktionen und Autonomie mit „Operator in the Loop” bis hin zu kompletter Autonomie. Dabei geht es nicht nur um eine sinnvolle Aufgabenteilung, sondern auch darum, dass der Roboter aus der Unterstützung durch den Menschen lernt, um immer autonomer agieren und seine Einsetzbarkeit und Anpassbarkeit an die speziellen Anforderungen optimieren kann.

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Roboter soll aus menschlichem Verhalten lernen

„Die Roboter sollen Fähigkeiten entwickeln, die es den Systemen grundsätzlich ermöglichen, komplexe Montagearbeiten wie Greifen, Halten und Stecken von vorgefertigten Komponenten autonom oder zusammen mit dem Menschen durchzuführen“, erklärt Projektleiterin Dr. Elsa Kirchner. „Eine direkte Kooperation zwischen Mensch und Maschine ermöglicht eine effektive Lösung und Umsetzung von Aufgaben, da die Stärken der Beteiligten die Schwächen ausgleichen.“

Voraussetzung dafür, dass der Roboter sein Verhalten vor Ort schnell anpassen kann, ist eine einfach bedienbare Steuerungssoftware. So können z.B. unvorhergesehene Montageleistungen, etwa nicht eingeplante Reparaturen wie ein Radwechsel, statt von dem Roboter alleine auch zusammen mit dem Menschen durchgeführt werden. Im Szenario sollen ein Mensch und ein humanoider Roboter zusammen mit möglicher Unterstützung durch einen weiteren Astronauten über Teleoperation eine Montageleistung erbringen, von der Teilaufgaben vom Roboter autonom, Teilaufgaben von Mensch und Roboter in Kooperation sowie Teilaufgaben teleoperiert durch den Menschen mit Hilfe eines Ganzkörper-Exoskeletts gelöst werden.

Zudem kann das Verhalten des Roboters sowohl über ein einfaches Interface als auch durch Lernen aus der Beobachtung des menschlichen Verhaltens spontan und einfach angepasst werden. Ein ebenso wichtiger Baustein ist der Einsatz von Technologien, die der Vermittlung von Intentionen dienen, sowohl der des Roboters als auch der des Menschen. Für die Intentionserkennung beim Menschen werden multimodale physiologische Daten genutzt. Die Intention des Roboters wird leicht verständlich vermittelt und dient u.a. der Akzeptanz sich autonom verhaltender Systeme.

Roboter sollen auch in Produktionshallen eingesetzt werden

Neben der Umsetzung des extraterrestrischen Kooperationsszenarios zielt das Projekt auf den Transfer der im Projekt entwickelten Technologien in terrestrische Anwendungen, konkret in die industrielle Fertigung und Produktion. „Wir wollen die Schlüsseltechnologie Robotik nicht nur für die Raumfahrt zu nutzen, sondern auch in industrielle Anwendungen umsetzen“, erklärt Frank Kirchner, Leiter der Arbeitsgruppe Robotik und Professor an der Universität Bremen. „Aufgrund ihrer Robustheit und Automation verfügen robotische Raumfahrtsysteme über ein hohes Transferpotential, sie funktionieren eigenständig sowie ohne Wartung über lange Zeiträume und Entfernungen hinweg.“

Zu diesem Zweck entwickeln die Projektpartner unter Federführung von Siemens und auf Basis der im Projekt erarbeiteten Lösungen eine hochflexible und kooperative Montagezelle zur Fertigung komplexer Baugruppen, etwa von kompakten mechanischen oder elektromechanischen Geräten, die nach heutigem Stand durch rein manuelle Arbeit erfolgen würde. Die Zelle soll in der Lage sein, abstrakte Aufgabenspezifikationen autonom und ohne die Notwendigkeit einer detaillierten Programmierung in Zusammenarbeit mit einem menschlichen Werker umsetzen zu können.

Die Kooperation zwischen dem Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) GmbH, der Universität Bremen und der Siemens AG wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit rund 7,9 Millionen Euro (DFKI-Anteil: rund 4,7 Millionen Euro) gefördert.

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