Künstliche Intelligenz

Lernfähige Roboter für den autonomen Einsatz im Weltall

| Redakteur: Katharina Juschkat

(Bild: gemeinfrei, pixabay.com / CC0)

Das Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz entwickelt eine lernfähige Software, die es Robotern ermöglicht, im Weltraum und auf der Erde geschickt zu hantieren. Dadurch sollen Roboter flexibel auf unvorhergesehene Situationen reagieren können, und somit ohne menschliches Eingreifen zurecht kommen.

Greifen, heben, schrauben – Roboter sollen an menschenfeindlichen Orten wie dem Weltraum selbstständig knifflige Aufgaben lösen. Damit ihnen das gelingt, haben das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und die Arbeitsgruppe Robotik an der Universität Bremen Methoden zur ein- und zweiarmigen Manipulation entwickelt sowie eine Lernplattform, die es Maschinen ermöglicht, Verhaltensweisen des Menschen nachzuahmen.

Intelligente Systeme reichen an Fähigkeiten des Menschen

Die Roboterdame Aila führt eine autonome Manipulationsaufgabe in einem Nachbau der ISS durch
Die Roboterdame Aila führt eine autonome Manipulationsaufgabe in einem Nachbau der ISS durch (Bild: DFKI GmbH/Jakob Weber)

Roboter werden heute in immer mehr Bereichen für zunehmend komplexere Aufgaben eingesetzt – auf fremden Planeten sollen sie etwa Infrastruktur aufbauen. Das erfordert intelligentere Systeme, die an die Fähigkeiten des Menschen heranreichen. In dem am 31. Juli erfolgreich abgeschlossen Projekt Besman („Behaviours for Mobile Manipulation“) erarbeitete das Team des DFKI und der Universität Bremen generische Steuerverfahren für die ein- und zweiarmige Manipulation. Das Besondere: diese funktionieren unabhängig von der Gestalt des Roboters – sowohl in menschenähnlichen Systemen wie dem Roboter Aila als auch in mehrbeinigen Kletterrobotern wie Mantis.

Mithilfe der neuen Verfahren sollen Roboter nicht nur unterschiedliche Objekte manipulieren können, sondern auch flexibel auf unvorhergesehene Situationen reagieren – und zwar ohne dass der Mensch eingreifen muss. Darüber hinaus entwickelten die Bremer Wissenschaftler eine maschinelle Lernplattform, mit der das System situationsspezifisches Verhaltensweisen lernt, die es über eine Schnittstelle zum Menschen einstudiert.

Bewegungsablauf durch Beobachtung lernen

Der Laufroboter Mantis in einer aufrecht stehenden Haltung, um die Fähigkeiten zur zwei-arm Manipulation zu nutzen.
Der Laufroboter Mantis in einer aufrecht stehenden Haltung, um die Fähigkeiten zur zwei-arm Manipulation zu nutzen. (Bild: Annemarie Hirth/DFKI GmbH)

Für den Einsatz auf fremden Planeten müssen Roboter nicht nur motorisch fit sein, sondern auch eigenständig und flexibel auf unvorhersehbare Situationen reagieren können. Dabei helfen die in Besman entwickelten Steuerverfahren, die nach dem Prinzip eines Baukastens funktionieren: Eine Reihe von Verhaltensstrategien – etwa solche, die dem Roboter das Greifen oder Heben von Objekten ermöglichen – hat er bei seiner Reise ins All bereits im Gepäck. Je nach Situation oder Aufgabe schmiedet er einen gesonderten Plan und wählt die dafür jeweils passenden Verhaltensweisen aus. Auf diese Weise kann er sich selbst aus schwierigen Situationen befreien und eigenständig neue Aufgaben meistern.

Schafft er das nicht, kommt die Lernplattform zum Einsatz: Auf der Erde macht der Mensch Bewegungen im Labor vor, die dem Roboter aus der Klemme helfen können. Sogenannte Motion-Tracking-Kameras zeichnen diese auf, woraufhin die Lernplattform den Bewegungsablauf automatisch in einzelne Segmente zerlegt. In einer Simulation wird die Abfolge schließlich reproduziert, erlernt und an die Anforderungen des Systems angepasst, bevor sie ins All auf den Roboter übertragen wird. Dieser führt die Handlung aus und übernimmt die neue Bewegung in sein Verhaltensrepertoire.

Intelligente Roboter für verschiedene Anwendungsgebiete

Die lernfähige Software testeten die Wissenschaftler an unterschiedlichen DFKI-Robotersystemen, etwa an dem nachgiebigen Roboterarm Compi, der humanoiden Roboterdame Aila und dem sechsbeinigen Laufroboter Mantis.

Das Robotics Innovation Center des DFKI spielt heute eine Vorreiterrolle in der der Robotik: Indem es auf die Integration aller Funktionalitäten in ein hochkomplexes System setzt, gelingt es den Forschern immer intelligentere Roboter für unterschiedliche Anwendungsgebiete zu realisieren. In der Raumfahrt könnten durch den Einsatz solcher Systeme immense Kosten gespart werden, da im Vergleich zu bemannten Missionen deutlich weniger Gewicht ins All befördert werden müsste.

Das Projekt Besman wurde mit rund 3,8 Mio. Euro von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie über eine Laufzeit von vier Jahren gefördert.

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