Uni­ver­si­tät Bay­reuth: Wie Robo­ter ler­nen, was sie tun sol­len – ohne teu­ren Programmieraufwand

Symbolbild Bildung

Ein neu­es DFG-geför­der­tes For­schungs­pro­jekt an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth befasst sich mit der intui­ti­ven Pro­gram­mie­rung von Robotern

Nicht nur in der Indu­strie, son­dern auch in Pri­vat­haus­hal­ten gibt es vie­le Arbeits­ab­läu­fe, die mit hoher Zuver­läs­sig­keit von Robo­tern erle­digt oder unter­stützt wer­den könn­ten. Hin­sicht­lich ihrer Stär­ke, Genau­ig­keit, Aus­dau­er und Schnel­lig­keit sind sie, beson­ders wenn es um die zuver­läs­si­ge Wie­der­ho­lung klar struk­tu­rier­ter Tätig­kei­ten geht, den Men­schen häu­fig über­le­gen. Damit Robo­ter der­ar­ti­ge Tätig­kei­ten opti­mal aus­füh­ren, ist bis­her eine zeit- und kosten­in­ten­si­ve Pro­gram­mie­rung erfor­der­lich. Hier­für feh­len oft die nöti­gen Kennt­nis­se und finan­zi­el­len Mit­tel, so dass Pri­vat­haus­hal­te, aber auch klei­ne und mit­tel­stän­di­sche Unter­neh­men von vorn­her­ein auf den Ein­satz von Robo­tern verzichten.

An die­sem Pro­blem setzt eine neu­es, von der Deut­schen For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) geför­der­tes Pro­jekt an, das von Prof. Dr. Domi­nik Hen­rich am Lehr­stuhl für Robo­tik und Ein­ge­bet­te­te Syste­me der Uni­ver­si­tät Bay­reuth gelei­tet wird. Das For­schungs­vor­ha­ben mit dem Namen INTROP – die Abkür­zung steht für „Intui­ti­ve Pro­gram­mie­rung von Robo­ter-Mani­pu­la­to­ren“ – befasst sich mit neu­ar­ti­gen Kon­zep­ten der Robo­ter-Pro­gram­mie­rung. Men­schen, die weder mit Pro­gram­mier­spra­chen noch mit dem tech­ni­schen Innen­le­ben von Robo­tern ver­traut sind, sol­len in die Lage ver­setzt wer­den, Robo­ter in ihrem pri­va­ten oder beruf­li­chen Arbeits­um­feld zu nut­zen. In Zukunft sol­len der Nut­zer oder die Nut­ze­rin einen Robo­ter gleich­sam „an die Hand neh­men“ und ihn durch die gewünsch­ten Auf­ga­ben füh­ren kön­nen. Durch die­sen intui­ti­ven prak­ti­schen Umgang, nicht durch die Anwen­dung von Pro­gram­mier­kennt­nis­sen lernt der Robo­ter, was von ihm erwar­tet wird.

Eine ent­schei­den­de Rol­le spie­len dabei Sen­so­ren, wie bei­spiels­wei­se Kame­ras. Die­se beob­ach­ten die Inter­ak­tio­nen zwi­schen dem Men­schen und dem Robo­ter-Mani­pu­la­tor, also dem­je­ni­gen Teil des Robo­ters, der die gewünsch­ten Arbeits­schrit­te aus­füh­ren soll. In der Regel han­delt es sich dabei um einen Arm mit einem Grei­fer, der sich bei der Ein­wei­sung in die jewei­li­gen Arbeits­schrit­te öff­nen und schlie­ßen lässt. Die von den Sen­so­ren regi­strier­ten Inter­ka­tio­nen wer­den in Signa­le über­setzt, die ihrer­seits beim Robo­ter bestimm­te Bewe­gungs­ab­läu­fe aus­lö­sen. Das Ziel des INTROP-Pro­jekts ist es, dass einem Robo­ter auf die­se Wei­se nicht nur eine immer glei­che Abfol­ge ein­fa­cher Aktio­nen bei­gebracht wer­den kann. Der Robo­ter soll über­dies ler­nen, kom­ple­xe Auf­ga­ben zu lösen und dabei auf ver­schie­de­ne Situa­tio­nen fle­xi­bel und ange­mes­sen zu reagieren.

„Wenn es gelingt, sol­che intui­tiv pro­gram­mier­ba­ren Robo­ter zu markt­fä­hi­gen Prei­sen her­zu­stel­len, gibt es eine gro­ße Band­brei­te mög­li­cher Anwen­dungs­ge­bie­te“, erklärt Prof. Hen­rich. „Es sind bei wei­tem nicht nur Pri­vat­haus­hal­te, die davon pro­fi­tie­ren. Auch in klei­nen und mit­tel­stän­di­schen pro­du­zie­ren­den Unter­neh­men sowie in der Ser­vice- und Unter­hal­tungs­bran­che wird der Ein­satz von Robo­tern erheb­lich attrak­ti­ver, wenn dabei kei­ne hohen Kosten für die Pro­gram­mie­rung ent­ste­hen. Selbst für gro­ße Indu­strie­un­ter­neh­men eröff­nen sich neue Mög­lich­kei­ten für die Gestal­tung ihrer Arbeits­ab­läu­fe.“ Typi­sche Bei­spie­le für die Auf­ga­ben, die von intui­tiv pro­gram­mier­ba­ren Robo­tern über­nom­men wer­den kön­nen, sind das Sich­ten von Objek­ten – zum Bei­spiel ihre Iden­ti­fi­ka­ti­on und die Prü­fung ihrer Voll­stän­dig­keit – oder das aus­dau­ern­de Hal­ten von Objek­ten. Auch das Bewe­gen von Objek­ten, wie etwa das Grup­pie­ren, Sta­peln und Palet­tie­ren, oder das Sor­tie­ren von Objek­ten nach Grö­ße, Far­be, Gewicht, und Form sind Arbeits­ab­läu­fe, bei denen der Mensch einem Robo­ter in Bezug auf Schnel­lig­keit, Aus­dau­er und Prä­zi­si­on in der Regel unter­le­gen ist.

Damit ein Robo­ter der­ar­ti­ge Tätig­kei­ten erler­nen kann, ohne dass der Nut­zer oder die Nut­ze­rin dabei eine Pro­gram­mier­spra­che beherr­schen muss, ist es aller­dings erfor­der­lich, dass sein tech­ni­sches Innen­le­ben ent­spre­chend vor­pro­gram­miert ist. Er muss so pro­gram­miert sein, dass er auf die Art und Wei­se, wie ein Mensch intui­tiv mit ihm umgeht, mit den gewünsch­ten Lern- und Arbeits­schrit­ten reagiert. Kon­zep­te für eine sol­che Pro­gram­mie­rung sol­len im Rah­men des INTROP-Pro­jekts an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth unter­sucht, erprobt und wei­ter­ent­wickelt wer­den. Die DFG för­dert die­se For­schungs­ar­bei­ten zunächst für drei Jah­re. Mit die­sen Mit­teln wer­den der­zeit ins­be­son­de­re zwei Pro­mo­ti­ons­stel­len am Lehr­stuhl für Robo­tik und Ein­ge­bet­te­te Syste­me eingerichtet.

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