Bereits seit mehreren Jahren können sie auf einem Bein springen und sich dabei in der Luft drehen, Fußbälle schießen, auf einem normalen Fahrrad über ein Geländer fahren, dass so breit ist wie die Reifen selbst, Geige oder Heavy Metal Konzerte spielen, mit fünf Bällen gleichzeitig jonglieren und bis zu 10 km/h schnell laufen.
Mobile Robotics Championsleague: ASIMO
ASMIO ist das derzeit fortschrittlichste menschenähnliche Robotersystem. Das Projekt Advanced Step in Innovative Mobility begann Honda bereits 1986, nachdem Honda seinen ersten Roboter vorstellte, der auf zwei Beinen gehen konnte. Ende 2000 erhielt ASIMO schließlich einen vollständigen Körper, wodurch der Roboter zunehmend menschliche Gestalt annahm. Das Robotersystem greift auf 3 verschiedene Sensorarten zu: visuelle Sensoren, Bodensensoren und Ultraschallsensoren und ermöglicht eine Bewegung innerhalb von 34 Freiheitsgraden mittels verschiedener Motoren. Die Intelligence-Walk-Technologie ermöglicht es ASIMO, seine nächsten Bewegungen zu planen und beispielsweise die Richtung zu ändern, ohne dafür anzuhalten. Wenn ASIMO um die Ecke geht, legt sich das Robotersystem wie ein Mensch in die Kurve, verlagert seinen Körperschwerpunkt und bleibt so im Bewegungsfluss. Seit 2008 lässt sich Asimo zusätzlich über Hirnsignale steuern, indem er Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche via Helm registriert. Seit 2011 kann ASIMO nun mit höherer Intelligenz ausgestattet ohne Schwierigkeiten Getränke servieren, indem er mit seiner multifunktionalen Hand Schraubverschlüsse sicher aufschraubt und ein Glas befüllt. Darüber hinaus kann er entgegenkommenden Personen ausweichen, indem er alternative Routen wählt. Das mobile Robotersystem entwickelt sich immer mehr von einer automatischen Maschine zu einer autonomen Maschine, um dem Ideal eines humanoiden Roboters näher zu kommen. Honda rechnet damit, dass die alltagstauglichen Begleiter als „mobile Co-Worker“ ab etwa dem Jahr 2020 einem breiteren Markt zugänglich gemacht werden können.
Quelle: world.honda.com
Mobile Robotics als Asstistenten im Haushalt: Care-O-bot
Seit der Jahrtausendwende beschäftigt sich das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA mit der Entwicklung von mobilen, humanoiden Roboterassistenten für eine aktive Unterstützung von Menschen im täglichen Leben. Die dritte Generation des Modells „Care-O-bot“ zeichnet sich seit 2008 durch ein produktnahes Systemdesign aus. Es bietet Potenzial für den Praxiseinsatz mobiler Serviceroboter in Alltagsumgebungen. Der interaktive Haushaltsassistent ist in der Lage, sich sicher unter Menschen zu bewegen, Türen zu öffnen, typische Haushaltsgeräte zu erkennen, zu greifen und sicher zu servieren. Prototypen der nächsten Generation sind bereits im Einsatz. Rollstuhlroboter Friend von der Universität Bremen öffnet bereits Kühlschränke und unterstützt Querschnittsgelähmte beim Essen und Trinken. Über ihm befindet sich eine Kamera, mit deren Hilfe Friend navigiert. Forschungsroboter Armar 3 der Universität Karlsruhe kann selbstständig Spülmaschinen ausräumen und wieder beladen. Shoppingroboter Toomas von der TU Ilmenau kann Kunden eines Baumarkts seit 2008 durch die Regalgänge lotsen.
Quelle: Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung
Mobile Robotics in der Medizin: Exoskelette
Neben Haushalts- und Industrierobotern entstehen weitere Einsatzfelder in der Medizin. Exoskelette als Art „Roboter zum Anschnallen“ mit künstlichen Beinen, Knien und Hüftgelenken, unterstützen querschnittsgelähmte Menschen mit bewegungsunfähigen Gliedmaßen, wieder mit Anderen auf Augenhöhe zu kommunizieren oder zu gehen. Rehabilitationsroboter wie intelligente Rollstühle, Roboterarme oder Beinprothesen ermöglichen es, älteren, kranken oder behinderten Menschen ihre verlorene Mobilität und Selbständigkeit zurückzugewinnen.
Quelle: Ekso Bionics
Mobile Robotics als Kinderunterhaltung: NAO
Damit sich ein Roboter in den Alltag von Menschen integrieren kann, soll er dort hineinwachsen wie ein Kind. So lautet das Credo des europäischen Projektes Felix. In dessen Rahmen haben Wissenschaftler einen Roboter dazu gebracht, wie ein Kind von einem Erwachsenen zu lernen und eine Bindung zu ihm aufzubauen. Der rund 60 Zentimeter große und rund fünf Kilogramm schwere humanoide Roboter nennt sich NAO. Er wurde 2006 erstmals vorgestellt und drei Jahre nach Verkaufsstart bereits 2.000 Mal verkauft. Seine Gelenke in Armen, Beinen und im Hals ermöglichen 25 Freiheitsgrade. Kameras lassen ihn sehen und Mikrophone räumlich hören. Zur Sprachausgabe verwendet NAO zwei Lautsprecher, die am Kopf sitzen. Hindernisse erkennt er über vier Ultraschallsensoren in seiner Brust. Ein Trägheitssensor im Torso sorgt zusammen mit Drucksensoren in den Füßen dafür, dass der Roboter nicht umfällt. Ein Berührungssensor auf dem Kopf ermöglicht eine Interaktion mit Menschen. Macht der kindliche Roboter Dummheiten, drückt der Mensch einfach auf seinen Sensor am Kopf. Der Mensch kann aber über den Sensor streichen und auf diese Weise Zuneigung oder Sympathie zeigen. An der Universität wurde NAO beigebracht eine emotionale Bindung zu Menschen aufzubauen. NAO gewöhnt sich mit der Zeit an die Handlungen und Stimmungen des Menschen und entwickelt eine Bindung zu diesem. Die Bindung wird umso stärker, je mehr beide miteinander interagieren und je häufiger der Mensch auf den Roboter eingeht. Der Roboter zeigt eigene Gefühle wie Trauer, Angst, Ärger oder Freude. Ist er beispielsweise traurig, lässt er Kopf und Schultern hängen. Hat NAO Angst, kauert er sich nieder und kann nur mit Kopfstreicheln beruhigt werden, freut er sich, reckt er die Arme hoch und will den Menschen umarmen.
Nao Next Gen | Quelle: Aldebaran Robotics
Mobile Robotics und Gesellschaftsfähigkeit
Das von der Europäischen Union geförderte Forschungsprojekt Humavips sollte Roboter gesellschaftsfähiger machen. Dazu wurden von 2010 bis 2013 humanoide Roboter mit den audiovisuellen Fähigkeiten für Erkundung, Erkennen und Interaktion ausgestattet. Perspektivisch sollen Roboter perzeptive Fähigkeiten wie Hören und Sehen in Kombination einsetzen können, um ihre Wahrnehmung auf ein Gegenüber zu fokussieren und Hintergrundgeräusche auszublenden. Seit Projektabschluss sollen Roboter in der Lage sein, sich ganz normal in einer Gesellschaft zurechtzufinden, einzelne Menschen oder kleinere Gruppen von bis zu fünf Personen auszumachen. Sie sollen die Übersicht behalten, wie viele Personen sprechen und wie viele nicht, indem sie menschliche Sprachäußerungen von anderen Schallwellen unterscheiden. Anschließend sollen sie in der Lage sein, Personen gezielt auszuwählen, zu ihnen hinzugehen, ihre Aufmerksamkeit zu erregen und ein Gespräch zu beginnen. In vielen Universitätslabors und auf Robotik spezialisierte Unternehmen arbeiten mit Hochdruck daran, sie zu echten Gefährten des Menschen zu machen.
Heutige Herausforderungen: 3D-Wahrnehmung in Echtzeit, Lernen und autarke Interaktionen
Eine wesentliche Bemühung wissenschaftlicher Forschung der heutigen Zeit stellt bei Mobile Robotics das 3D-Sehen in Echtzeit dar. Dazu ist der Einsatz von hochperformanter Sensorik notwendig, die in Kombination mit fortgeschrittenen Verfahren zur Info- und Sensorfusion für eine gute Datenbasis sorgt, um Umgebungen zu erkennen und sich bewegende Objekte zu identifizieren. Die aktuelle Forschung beschäftigt sich bspw. mit in Spielkonsolen eingebauter Tiefenbild-Sensorik wie Microsoft Kinect: Hier wird zwar ein relativ genaues Bild der Umgebung erzeugt, doch läuft die Objektunterscheidung in der heutigen Zeit häufig noch nicht fehlerfrei. Zur richtigen Interpretation und Klassifikation von Umgebung und Objekten benötigen mobile Robotersysteme eine entsprechende kognitive Leistung und damit Verfahren des maschinellen Lernens, um durch aktive Exploration Daten zu sammeln und diese zu bewerten. Neben den fortgeschrittenen Wahrnehmungs- und Lernfähigkeiten wird auch die direkte Interaktionsfähigkeit von mobilen Robotern bedeutend – zur Vermeidung von Missverständnissen hilft eine intelligente Intentionserkennung. Das sind bereits in Summe recht anspruchsvolle Anforderungen, die sich um weitere Felder ergänzen lassen: wartungsarme, austauschbare Hardware und Software, Energieautarkie, geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität und Robustheit, die selbstständige Bearbeitung von komplexen Aufgabenstellungen, Kontextabhängiges Entscheiden und Handeln auf Basis von künstlicher Intelligenz und Kognition und der Auf- und Ausbau einer technisch-wissenschaftlich befähigten Zulieferindustrie dar.
Wachstumsmarkt
Robotics zeigt sich als extrem spannender, prosperierender Milliardenmarkt. Glaubt man den Prognosedaten von Worlds Robotics werden 2015 bereits über 1,5 Millionen Roboter weltweit im Einsatz sein. Seit dem Krisenjahr 2009 hat der Absatz von Industrierobotern weltweit deutlich zugelegt. So erreichte die Nachfrage nach Industrierobotern 2013 mit rund 168.000 einen neuen Rekordwert.
Ausblick: Mobile Robotics in der Zukunft
Roboter der Zukunft werden das Denken immer besser erlernen und an Autonomie gewinnen. Sie werden Daten nicht wie bisher einfach nur sammeln, sondern auch auswerten und selbstständig interpretieren. Mit ihren kognitiven Fähigkeiten und einem kontrollierten Maß Selbständigkeit werden sie Situationen erfassen und bewerten, autarke Entscheidungen treffen und Handlungen proaktiv ausführen. Sie werden auch den Umgang untereinander aushandeln – beispielsweise wenn sich zwei Roboter an einer Tür aufeinandertreffen und autark und bilateral bestimmen, wer zuerst eintritt. Da ihre intellektuellen wie physischen Fähigkeiten zunehmen, werden Roboter immer menschenähnlicher. Um von Menschen zunehmend akzeptiert zu werden, lernen die Maschinen ganz „normal“ mit ihren Partnern aus Fleisch und Blut umzugehen. Sie werden darauf trainiert, in menschlichen Gesichtern zu lesen und die Körpersprache zu verstehen. Die Systeme erkennen bereits heute über 50 Gesichtsausdrücke und lernen kontinuierlich dazu, indem sie Stimmen analysieren, komplexe menschliche Emotionen und Gemütszustände erkennen und angemessen darauf reagieren. Durch die gemeinsame Betrachtung und den Vergleich von Augen- und Mundpartie unterscheiden sie bereits höfliches, falsches, zynisches von einem zufriedenen Lächeln.
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