Robotics Innovation Center Maßgeschneiderte Roboter für jedermann - Industrie.de

Robotics Innovation Center

Maßgeschneiderte Roboter für jedermann

Der am DFKI Robotics Innovation Center für den Weltraumeinsatz entwickelte Roboter Mantis. Bild: DFKI
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Die Komplexität von Robotern nimmt stetig zu. Immer mehr und immer leistungsfähigere Sensoren und Aktuatoren lassen die Vision von hochgradig mobilen, intelligenten und autonomen Systemen Wirklichkeit werden. Dies stellt Entwickler vor große Herausforderungen und treibt die Entwicklungskosten in die Höhe. Im neuen Projekt Q-Rock, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 3,17 Millionen Euro gefördert wird, verfolgt das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) einen revolutionären Ansatz: Mithilfe von Methoden der Künstlichen Intelligenz soll es zukünftig auch Nutzern ohne Expertenwissen möglich sein, kosteneffizient maßgeschneiderte Robotersysteme für ihre Anwendungen zu entwickeln.

Das Projekt Q-Rock bildet den zweiten Schritt der X-Rock-Projektlinie des Robotics Innovation Centers und adressiert eine der grundlegenden Fragen in der Robotik: Wie kann ein Roboter das Wissen über sich selbst und seine Fähigkeiten eigenständig entwickeln, ohne dass ihm dies von einem Entwickler vorgegeben werden muss? Dabei setzt Q-Rock zum einen auf Methoden der Künstlichen Intelligenz, wie Maschinelles Lernen und strukturelles Schlussfolgern. Zum anderen baut es auf der umfangreichen Datenbasis des Vorgängerprojekts D-Rock auf. Die Datenbank verbindet modellierte Software mit Hardware- und Verhaltensmodellen und unterstützt zudem durch umfassende Modularisierung – das heißt die effiziente Wiederverwendbarkeit von Komponenten – die Roboterentwicklung.

Anders als in D-Rock wird in Q-Rock der Roboter selbst in die Lage versetzt, ausgehend von seinem Aufbau, das bedeutet der Hardware aus der er besteht, die ihm zur Verfügung stehenden Fertigkeiten zu erforschen. Dabei nutzen die Bremer Wissenschaftler evolutionäre Ansätze, um basierend auf der modularen Roboterbeschreibung zunächst die Fähigkeiten von Teilkomponenten – zum Beispiel eines einzelnen Sensors oder Gelenkes – zu ermitteln, und daraus die Fähigkeiten des Gesamtsystems abzuleiten. Mit Hilfe maschineller Lernverfahren und auf Basis der in D-Rock erarbeiteten Datenbank werden die erlernten Fähigkeiten dann automatisch in funktionale Einheiten gruppiert und zusammen mit einer semantischen Beschreibung in sogenannte Kognitive Kerne überführt.

Strukturelles Schlussfolgern

Diese Softwarebausteine enthalten die Verbindung zwischen den Fähigkeiten einer Hardware – beispielsweise denen eines Roboterarmes – sowie der daraus resultierenden möglichen Bedeutung im Verhalten, etwa dem Greifen eines Objekts. So können verschiedene Kognitive Kerne kombiniert werden, um komplexes Roboterverhalten, wie das Öffnen einer Tür, zu erzeugen. Die Verhaltensbausteine werden dann durch strukturelles Schlussfolgern wieder auf die Hardware abgebildet. Auf diese Weise ist auch ein Nutzer ohne entsprechende Expertise in der Lage, komplette Robotersysteme für bestimmte Anwendungsbereiche zu erzeugen. Dafür braucht er lediglich die Anforderungen an das Verhalten eines Systems zu spezifizieren. Q-Rock generiert dann auf dieser Basis automatisch die passenden Hardwarekombinationen aus der Datenbank.

So optimiert das neue Projekt die Roboterentwicklung in mehrfacher Hinsicht: Indem es das automatisierte Konstruieren von Roboterhardware anhand des gewünschten Verhaltens ermöglicht, werden zukünftig ganz neue Konstruktions- und Planungsprozesse für Roboteranwendungen realisierbar. Zudem lässt sich dank Q-Rock modellbasiert schlussfolgern, welche Aufgaben ein Roboter mit seiner gegebenen Hardware durch Kompositionen von Verhalten ausführen kann. Dadurch können die Ergebnisse des Projekts auch zur Qualifizierung von Hardware eingesetzt werden.

Q-Rock wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit etwa 3,17 Millionen Euro über eine Laufzeit von drei Jahren gefördert. (ig)

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