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Roboter als Lebensbegleiter

in Aus der Welt der Wissenschaft 18.10.2011 11:51
von franzpeter | 8.079 Beiträge

Hintergrund | 17.10.2011
FLAGGSCHIFFINITIATIVE


Die Gefährten
Roboter sollen zum Lebensbegleiter werden - mit neuer Technik und intensiver Kooperation.
Die Autorin ist freie Wissenschaftsjournalistin in Bremen.

Tanja Krämer Mit neuen technischen Ansätzen und einer bislang nicht da gewesenen Kooperation zwischen europäischen Forschungseinrichtungen soll im Projekt Robot Companions for Citizens eine neue Generation von Robotern entwickelt werden. Im Rahmen der europaweiten Flaggschiffinitiative winkt auch diesem Vorhaben eine Forschungsförderung in Höhe von einer Milliarde Euro - sollte es ausgewählt werden.
Als im März dieses Jahres in Fukushima die Katastrophe passierte, die niemand im Land für möglich gehalten hatte, als die Kernschmelze begann und die Strahlung für Menschen bald lebensgefährlich wurde, hätte eigentlich ihre Stunde schlagen sollen: die Stunde der Automaten. Denn wo es zu gefährlich wird für den Menschen, so erklären Robotikforscher seit Jahren, sollen Roboter als Katastrophenhelfer eingesetzt werden. Denn erste funktionierende Geräte gibt es bereits: Roboter, die sich durch unwegsames Gelände kämpfen können oder ferngesteuert die Lage sondieren.

In Fukushima geschah lange nichts in dieser Richtung. Erst im Mai bewegte sich ein Aufklärungsautomat durch die Reaktoren, schoss Fotos und maß Strahlung und Temperatur. Doch heißer Dampf vernebelte bald die Sicht, herumliegende Trümmer versperrten zahlreiche Zugänge. Letztlich war die Hilfe der Automaten sehr begrenzt. "Kein Standardrobotersystem ist derzeit in der Lage, die Grenzen einer Fabrik, eines gut strukturierten Kontextes oder einer speziellen Aufgabe zu überwinden", sagt Paolo Dario, Roboterforscher von der Scuola Superiore Sant'Anna im italienischen Pisa: "Das hat man bei der Katastrophe von Fukushima gesehen, aber auch bei der Ölpest durch die Deepwater Horizon im Golf von Mexiko."




Flaggschiffinitiative

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Beispiel Fukushima zeigt das Dilemma heutiger Robotik. In den letzten Jahren sind der Disziplin zahlreiche Durchbrüche gelungen. Die Systeme der Techniker werden immer ausgefeilter, erfüllen immer komplexere Aufgaben. Es gibt Roboter, die aussehen wie Salamander oder Spinnen und sich besonders gut bewegen können, es gibt solche, die ausgeklügelte Greifmechanismen haben oder die Mimik des Gegenübers lesen können. Es gibt Modelle, die testweise in Krankenhäusern arbeiten und dort für Botendienste eingesetzt werden, und wieder andere wie der Humanoide iCub, die selbstständig lernen. Doch außer in der Industrie, wo fest installierte Automaten seit Jahren wertvolle Dienste leisten, hat kaum ein System die Labore der Forscher verlassen.

Roboter als Gefährten

Paolo Dario möchte das ändern. Zusammen mit anderen renommierten Forschern auf dem Gebiet der Robotik hat er das Projekt "Robot Companions for Citizens" (RCC) ins Leben gerufen, in dessen Konsortium zehn Forschungseinrichtungen aus ganz Europa sitzen, darunter die Technische Universität München, das Karlsruher Institut für Technologie, die University of Sheffield und das Instituto Italiano di Tecnologia in Turin. Dario ist der Koordinator des Projekts, bei dem bereits jetzt, in der Anfangsphase, mehr als 250 Wissenschaftler mitarbeiten. Erhält RCC die Forschungsmillionen als Flaggschiffprojekt der Europäischen Union, um die es sich derzeit bewirbt, könnten es über 1000 Mitarbeiter werden.



Massimo Brega: The Lighthouse


Robotertentakel
Dieser Prototyp eines Oktopusarms wurde in Pisa entwickelt: Der flexible Aufbau des Arms aus weichem Material ermöglicht, dass er sich dehnen und zusammenziehen kann. Er kann unregelmäßig geformte Gegenstände greifen und sich durch unterschiedlich große Löcher schieben.Die Liste der beteiligten Forscher liest sich wie das Who´s who der Robotik, das Ziel des Projekts klingt mehr als ambitioniert: In ihrem zehnjährigen Forschungsprogramm wollen die Forscher nichts weniger als "empfindsame Maschinen" entwickeln, die dem Menschen als Begleiter dienen, die ihn im Alltag unterstützen und in Gefahrensituationen entlasten.

"Die Robot Companions werden eine neue Generation von Maschinen darstellen, einen wirklichen Fortschritt im Vergleich zu heutigen Systemen", sagt Paolo Dario. Konkret bedeutet das: Die Roboter sollen mit Menschen interagieren können – und das nicht nur physisch, sondern auch sozial und emotional. Zudem sollen sie bezahlbar sein. Wer in den vergangenen Jahren den einen oder anderen Artikel zur Robotik gelesen hat, dem werden solche Ankündigungen vertraut vorkommen, doch realisiert wurden sie bislang nicht. Die Forscher des RCC-Konsortiums sind dennoch zuversichtlich. "Wir werden einen Paradigmenwechsel vollziehen", sagt Dario. Mit einem neuen Forschungsansatz, der bisherige Robotermodelle weit hinter sich lassen werde.

Biologisch inspirierte Technik

Um die Roboter dazu zu bringen, komplexe Aufgaben zu bewältigen, versuche man derzeit typischerweise, immer mehr Leistung in den Automaten zu integrieren, erklärt Dario. Die Maschinen werden mit mehr Sensoren ausgestattet, mit höherer Rechenleistung und besserer Energieversorgung.
Die Robot Companions werden eine neue Generation von Maschinen darstellen, einen wirklichen Fortschritt im Vergleich zu heutigen Systemen
(Paolo Dario)Sie werden befähigt, sich in alle möglichen Richtungen zu drehen und mit Hilfe zahlreicher Aktuatoren präzise Bewegungen auszuführen. "Wir wollen diesen Ansatz überwinden", sagt Dario. Gelingen soll dies mit Hilfe der so genannten morphologischen Berechnung, die davon ausgeht, dass die Form des Roboters auch seine Programmierung beeinflusst.

Die morphologische Berechnung ist eine Abwandlung der Embodiment-Theorie aus Psychologie und Neurobiologie. Diese geht davon aus, dass der Körper eines Lebewesens maßgeblich beeinflusst, wie es denkt und fühlt. Erst durch die Interaktion des Körpers mit der Umwelt erhält das Gehirn die grundlegenden Informationen, die es braucht, um sich effektiv in der Welt fortzubewegen. Auf die Robotik übertragen heißt das: Möglicherweise muss nicht jeder Schritt des Automaten vorab kompliziert berechnet werden, sondern ergibt sich im besten Fall wie von selbst aus dem Zusammenspiel von Form, Material und Programmierung.

So wie unsere Beine reflexartig Unebenheiten im Boden ausgleichen oder wir bei einem Sturz die Hände nach vorn strecken, könnten auch Funktionen beim Roboter zum Teil von seinen Gliedmaßen übernommen werden."Biologische Systeme können durch das Embodiment komplexe Aufgaben auf eine elegante, schnelle und antizipatorische Weise lösen", sagt Dario. Genau dies wollen er und seine Kollegen bei RCC nun bei den Robotern erreichen. "Ein Gehirn ohne Körper kann keinen Geist entwickeln, und wir werden herausfinden, wie Geist durch Material entsteht."


UCBM – SSSUP


Cyberhand
Diesem Patienten wurden Elektroden an zwei unterschiedlichen Nervenenden seines amputierten Arms eingesetzt. Mit ihnen kann er eine Roboterhand steuern.Die Aussagen des Italieners zeigen: Die Ziele des Konsortiums sind hochgesteckt. Noch deutlicher wird dies, wenn man sich ansieht, welche Teilkomponenten ein Roboter bräuchte, um sich wirklich empfindsam nennen zu dürfen: Eine funktionierende Wahrnehmung, Kognition, Emotion und Handlungsfähigkeit zählen die Forscher auf, das alles bei gleichzeitiger Achtsamkeit der Umwelt, anderer und natürlich sich selbst gegenüber. Derzeitige Systeme haben bei jeder dieser Komponenten noch Probleme.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Den Forschern ist dies bewusst, aber sie haben einen Trumpf im Ärmel: den Willen zur Zusammenarbeit, über die Grenzen aller Länder und Disziplinen hinweg. "Das Besondere an diesem Projekt ist, dass wir Robotiker, Neurowissenschaftler, Materialforscher, Gewebeforscher und Sozialwissenschaftler zusammenbringen", sagt Gordon Cheng vom Institut für Kognitive Systeme der Technischen Universität München. Er ist verantwortlich für die Steuerung, Strukturierung und Finanzierung des Projekts.

Seit über einem Jahr wird RCC vorbereitet, im September trafen sich die Beteiligten zu einer einwöchigen Klausurtagung. Cheng diskutierte mit Materialwissenschaftlern, Neurobiologen, mit Ethikern und Technikern. Gemeinsam überlegten alle Beteiligten, welche Ansätze die besten Chancen haben und wie man sie umsetzen könnte. Worauf sich die Forscher festlegen werden, ist noch nicht geklärt. Sicher ist nur, dass am Ende mehrere unterschiedliche Roboter gebaut werden sollen: Humanoide für Serviceleistungen im Alltag, eher tierähnliche Automaten für den Einsatz in Katastrophengebieten, wiederum andere für medizinische Anwendungen. Konkurrenzen überwinden

Auch wenn es nicht sehr aufregend klingt, dass Forscher miteinander kooperieren wollen: Für die Robotik könnte eine solche interdisziplinäre und internationale Zusammenarbeit tatsächlich ein Meilenstein sein. Denn derzeit ist die Robotik in Europa zersplittert.
Wir werden einen Paradigmenwechsel vollziehen
(Paolo Dario)Jede Forschergruppe arbeitet an ihrem eigenen kleinen System, die meisten davon sind mit anderen Robotern nicht kompatibel, so dass Entwicklungen in dem einen Automaten nicht auf den anderen übertragen werden können. "Hier gibt es derzeit wirklich noch gewisse Einschränkungen", sagt Cheng. "Die kleinen Projekte, die von der EU finanziert werden, liefern schöne Vorarbeiten, aber sie schaffen nicht den großen Sprung, die Roboter auch in die Gesellschaft zu bringen. So etwas kann kein Kurzzeitprojekt leisten, das kann mit einer kleinen Gruppe einfach nicht gelingen."



Massimo Brega: The Lighthouse/UCBM – SSSUP/Sheffield and Bristol Robotics Lab/SPECS@UPF/TUM


Zahllose Beispiele
Neben Cyberhänden und "weichen" Robotern entwickelten die beteiligten Forscher auch Geräte mit "Schnurrhaaren", die sensorisch ähnlich wie Rattenschnurrhaare arbeiten (oben rechts). Eine andere Gruppe von der TU München werkelt an Robotern, die ein hohes Maß an Kognitionsfähigkeit aufweisen (Mitte unten).Erst die Konzentration aller Kräfte auf ein gemeinsames Ziel könne den Sprung nach vorn, von dem auch Dario spricht, wirklich bewältigen. Und so ist der Ansatz des Konsortiums ein doppelter: Die Wissenschaftler wollen nicht nur die Programmierung der Maschinen revolutionieren, sondern auch die Art und Weise, wie in Europa Forschung betrieben wird. Gemeinsam statt einsam, miteinander statt in Konkurrenz.

Keine leichte Aufgabe, bedeutet dies doch auch, dass sich so mancher Teilnehmer erst einmal von eigenen, selbst entwickelten Systemen wird verabschieden müssen. Cheng lacht unsicher bei diesem Thema. Es ist die wohl kritischste Baustelle im Projekt. Nicht jedem fällt es leicht, das eigene Forscherego der gemeinsamen Sache unterzuordnen. Doch für die europäischen Robotiker drängt die Zeit. Denn auch die USA haben die Automaten als Markt für sich entdeckt. US-Präsident Barack Obama hat im Juni verkündet, 70 Millionen Dollar in die Entwicklung einer neuen Generation von Robotern zu investieren: Maschinen, die mit den Menschen zusammenarbeiten sollen, in Fabriken genauso wie im Krankenhaus. Der Traum vom Roboter als Gefährten ist anscheinend wirklich international.

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Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
zuletzt bearbeitet 18.10.2011 11:54 | nach oben springen


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