Robotik-Blog

Compliance

Arne am 03.11.2010 um 14:34 Uhr - zum Artikel

Traditionell ist die Interaktion mit Robotern darauf beschränkt, dass dem Roboter Kommandos zugesandt werden (in der Regel als textuelle Kommandos, seltener per Sprache) und der Roboter über geeignete Sensorik (Kameras, Mikrofone, Laserscanner, …) seine Umgebung wahrzunehmen versucht. Was dabei in der Interaktion mit Menschen entsteht, ist allerdings häufig eine holprige, wenig natürliche und dadurch für Menschen oft anstrengende Interaktion. Dass man auf diese Art und Weise auch Menschen mit Robotern interagieren lässt, die nicht an der Entwicklung beteiligt waren und dadurch nicht Verständnis für diese Schwierigkeiten aufbringen, passiert daher eher selten.

Eine Form der Interaktion, die sehr viel natürlicher ist, weil sie durch die physische Rückkopplung sehr viel direkter ist, ist die direkte Berührung und damit das Führen des Roboters. Der Mensch fasst den Roboter an der Hand (sofern er eine solche besitzt) und leitet den Roboter an. In der Robotik ist dies ein relativ aktueller Zweig der sogenannten Mensch-Maschine-Interaktion (MMI, Human Machine Interaction – HMI). Im Umfeld der industriellen Robotik sind ähnliche Techniken unter den Begriffen Teach-In und Kinestethic Teaching zu finden.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Roboter für diese Form der Interaktion auszustatten. Eine Möglichkeit ist es, die Hardware des Roboters bewusst so zu konstruieren, etwa durch die Integration von mechanischen Federn in Struktur des Roboters, dass dieser nachgiebig ist. Diese Art der Nachgiebigkeit wird in der Robotik bzw. Regelungstechnik als Passive Nachgiebigkeit (engl.: Passive Compliance) bezeichnet, da sie – einmal verbaut – das System ohne weiteres Zutun dauerhaft nachgiebig gestaltet.

Eine aufwendigere, aber dafür auch flexiblere Möglichkeit ist die Aktive Nachgiebigkeit (engl.: Active Compliance). Hierbei kann die Roboterhardware mechanisch völlig steif sein; die Nachgiebigkeit des Systems wird durch eine entsprechende Ansteuerung der Motoren simuliert. Dafür ist der Roboter mit Kraftsensorik ausgerüstet, die dem System konstant die auf den Roboter einwirkenden externen Kräfte meldet. Eine geschickte Regelung (Wikipedia) lässt den Roboter dann auf diese Kräfte auf die gleiche Art und Weise reagieren, wie es eine reale Feder tun würde: Bei kleiner Krafteinwirkung gibt der Roboter mit einer kleinen Bewegung nach, bei größerer Krafteinwirkung reagiert der Roboter mit einer deutlicheren Ausweichbewegung. Nicht, weil die Motoren nicht kräftig genug wären, den Kräften entgegenzuhalten, sondern weil dieses Verhalten den Eindruck eines weichen, nachgiebigen Systems erweckt und erwecken soll. Wie so eine Interaktion aussehen kann, zeigt das folgende Video:

Your browser needs to support Flash contents to display this image. Der iCub wird geführt und kann Objekte ertasten

Nachgiebigkeit ist dabei allerdings nicht allein für Interaktion eingesetzt; es ist auch ein enormer Sicherheitsaspekt. Ein Roboter, der mit seiner Umgebung (im schlimmsten Fall dem Menschen) kollidiert, weil er sie nicht richtig erkannt hat, richtet potentiell deutlich weniger Schaden an, wenn er nachgiebig ist; Schaden an sich und der Umwelt. Dies gilt für passive Nachgiebigkeit, genauso wie für aktive Nachgiebigkeit, wie das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum im folgenden Video eindrücklich und mit offenbar ausreichend Vertrauen in die Technik beweist; am Ende des Videos mit Messer und einem menschlichen Probanden:

Your browser needs to support Flash contents to display this image. KUKA Lightweight Robot IV mit Kollisionserkennung

Plug and Pray

Arne am 23.10.2010 um 19:00 Uhr - zum Artikel

Im nächsten Monat, am 11. November, wird der Film Plug & Pray in die deutschen Kinos kommen. Ich hatte schon vor einigen Wochen das Vergnügen, den Film in trauter Runde während der iCub Summer School zu sehen, von der auch Szenen im Film zu sehen sind (unter anderem mit dem Slogan des Filmes „Dafür werden wir alle exkommuniziert“).

Der iCub im Film „Plug & Pray“Der iCub im Film „Plug & Pray“

Die Visionen, die heutzutage wegen fortschreitender Technik rund um die künstliche Intelligenz und die Robotik entstehen, sind längst auf dem Level der Science-Fiction des letzten Jahrhunderts angekommen. Auch wenn es technisch an so vielen Stellen noch hapert, sind diese Visionen auch in der Forschung präsent. So wird im Film zum Beispiel Hiroshi Ishiguro gezeigt, der sich einen Roboter nach seinem Abbild geschaffen hat, den Geminoid. Oder der iCub, der einem Kind nachgebildet ist und wie ein Kind lernen und seine Umgebung entdecken soll. Oder Ray Kurzweil, seit Jahren in den USA gefeierter Visionär, der seit einiger Zeit die baldige Verschmelzung von Mensch und Maschine und das menschgemachte Vorantreiben der Evolution predigt.

Plug & Pray ist ein Dokumentarfilm und stellt aktuelle Visionen, Über­zeu­gun­gen und den Alltag von Forschungsinstituten und Wis­sen­schaft­lern weltweit vor, die sich mit künstlicher Intelligenz und Robotik beschäftigen. Durch die schonungslose und gut recherchierte Dar­stellung der Szene und den zum Teil von den Wissenschaftlern leichtfertig vorgetragenen Fantasien ist der Film durchaus provokant und vielleicht sogar verängstigend. Er nimmt dabei allerdings seine dar­gestellten Protagonisten ernst, bleibt menschlich und liebevoll, ist niemals reißerisch und lässt Platz zum Nachdenken.

Anstrengend wird der Film dadurch nicht, dass er nie wirklich technisch wird und vor allem durch den wunderbaren, mittlerweile leider verstorbenen Joseph Weizenbaum, einem der Computerwissenschaftler des letzten Jahrhunderts, der mit Humor und scharfem Verstand den roten Faden des Filmes bildet. Immer wieder sind Interviewschnipsel und Alltagsszenen mit ihm eingestreut, die die zum Teil verstörenden Szenen einordnen und in der normalen Welt erden. Dass dies ausgerechnet einem Com­pu­ter­wis­sen­schaft­ler gelingt, der mit ELIZA (Wikipedia) einen der Meilensteine der künstlichen Intelligenz geschaffen hat, ist erstaunlich und beruhigend zugleich.

Gut recherchiert, nachdenklich, humorvoll und mit durchdachter Einordnung der gesellschaftlichen Relevanz ist Plug & Pray ein Film für Menschen vom Fach, Technik-Interessierte und jeden, den ein Zweig unserer Zukunft interessiert, der gerade rasant entsteht und der immer noch ziemlich un­be­re­chen­bar ist.

Your browser needs to support Flash contents to display this image. Trailer zum Film „Plug & Pray“

Anschauen dringend empfohlen.

PLUG & PRAY ist erschütternd und packend. Joseph Weizenbaum, mit der Gabe des Humors ausgestattet, verkörpert den gesunden Menschenverstand, während um ihn herum der Wahnsinn geadelt wird.“

Hans-Peter Dürr, Kernphysiker

[Linkdump] Autonomes Fahren und robotische Apotheken

Arne am 20.10.2010 um 16:35 Uhr - zum Artikel

Auch wenn ich die letzten Tage inaktiv war, waren es die deutschsprachigen Medien dankenswerterweise nicht und haben weiter über die Robotik berichtet; in diesen Tagen zudem auch vermehrt über Fahrerassistenz und autonomes Fahren. Hier ein paar Links zum autonomen Fahren, Roboter-Apotheken, technischen und ethischen Fragen …

Fahrerassistenz
Christoph Walter macht sich in der Märkischen Gedanken über die mit Fahrerassistenten zunehmend autonomer werdenenden Autos und welche Gefahren dies haben kann. „Sie bremsen, lenken, halten die Spur. Woran es den elektronischen Unfallverhütern mangelt, ist ein Verantwortungsbewusstsein.“
Verführer Fahrerassistent – Bloß nicht den Verstand verlieren
(Märkische Allgemeine, Christoph Walter, 15. Oktober 2010)

Roboter-Ethik
Interview mit Ron Arkin, Informatik-Professor und Robotiker am Georgia Institute of Technology, der sich unter anderem in den letzten Jahren in einem von der US Army finanzierten Projekt mit dem ethischem Verhalten von autonomen Systemen beschäftigt hat. Das Interview dreht sich um die Ethik von Militärrobotern und Kampfmaschinen. „Wir [haben] dann ein System entwickelt und getestet, das in der Lage sein sollte, sich am Kriegsvölkerrecht zu orientieren.“
Sind Roboter die besseren Soldaten?
(Telepolis, Hans-Arthur Marsiske, 18. Oktober 2010)

Robotertechnik
„Um wie menschliche Hände agieren zu können, müssen die Roboter Gegenstände abtasten, greifen, anheben und an anderer Stelle behutsam ablegen können“. In diesem Artikel von WELT Online geht es um neue Techniken der Robotik, um die künstlichen Gliedmaßen unter den immer komplexer werdenden Anforderungen zu bewegen: Interaktion, hohe Geschwindigkeit und Präzision.
Roboter decken den Tisch – und räumen wieder ab
(WELT Online, Stefanie Gaffron, 13. Oktober 2010)

Roboterapotheke
Golem schreibt zum Anlass einer in einem Krankenhaus in Schottland in Betrieb genommenen robotischen Apotheke über erste dortige Erfahrungen. „Dieses System erspare den Schwestern viel Zeitaufwand, sagte Helen Paterson, die stellvertretende Pflegeleiterin. Früher hätten sie ein Rezept per Hand ausfüllen und es dann in die Apotheke bringen müssen. Diese Zeit könnten sie jetzt den Patienten widmen.“
Weniger Kosten, weniger Fehler
(Golem, Werner Pluta, 19. Oktober 2010)

Fahrerloses Fahren
„Intelligente Autos werden die Straßen erobern“, schreibt Lisa Reggentin im Stern und bezieht sich damit auf die jüngsten Aktivitäten mit autonom fahrenden Autos von Google und der TU Braunschweig. 2030 soll dies dann Alltag auf den Straßen sein.
Die Zukunft der Roboter-Autos – Revolution auf der Straße
(Stern, Lisa Reggentin, 16. Oktober 2010)

Über Hinweise zu lesenswerten Artikeln freue ich mich jederzeit. Entweder per Kommentar oder per E-Mail an botzeit@ohmpage.org

[Linkdump] Militär, Ethik und Kooperation mit Robotern

Arne am 02.10.2010 um 13:17 Uhr - zum Artikel

Da ich es in den letzten Wochen wegen akuter Überarbeitung nicht zu enormer Aktivität geschafft habe und sich das vermutlich in den nächsten Tagen erst einmal nicht ändern wird, hier schon einmal ein paar Links der letzten Wochen. Über Roboter, die sich entschuldigen, selbständige Mondfähren und die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Und nun geht's ab nach Oslo

Soziale Roboter
„Ich weiß, es ist schwierig mit mir zu arbeiten“, sagt der Roboter. Welche Fähigkeiten und Verhalten benötigen Roboter, damit Menschen sie als angenehme Gesellschaft empfinden und sich in Anwesenheit von Robotern wohlfühlen? Das "Exzellenzcluster Cognitive Interaction Technology" (Citec) in Bielefeld geht dieser Frage nach.
Ich weiß, es ist schwierig mit mir zu arbeiten
(Süddeutsche, Katrin Blawat, 18. August 2010)

Laufmaschine
Artikel über die Laufmaschine BioBiPed, die im Rahmen eines Forschungsprojekts des Lauflabors Jena und der TU Darmstadt wntwickelt wird. Das Außergewöhnliche: Der Roboter soll zuerst rennen und dann erst gehen lernen.
Eine Laufmaschine lernt gehen
(Heise Online, Hans-Arthur Marsiske, 20. August 2010)

Weltraum-Robotik
Bis 2018 will Weltraumorganisation ESA ein unbemanntes Raumschiff zum Mond fliegen lassen. „Die Mondfähre muss Hindernisse, steile Hänge und Krater beim Anflug erkennen, ihnen ausweichen und selbstständig einen geeigneten Landeplatz suchen können“, ein typischer Anwendungsfall der explorativen Robotik.
Europäische Roboter sollen 2018 auf Mond landen
(Spiegel Online, Cinthia Briseño, 16. September 2010)

Servicerobotik
„Milliardenmarkt Maschinenmensch“ – Das Handelsblatt beobachtet, dass Roboter aus den Werkshalle, also dem industriellen Umfeld, mehr und mehr in den Alltag wandern. Ob in der Medizintechnik, zur Pflege oder als Staubsauger- und Spielroboter.
Roboter laufen aus den Werkshallen
(Handelsblatt, Martin Murphy und Hans Schürmann, 29. September 2010)

Roboter-Ethik
„Roboter sollen nicht töten dürfen“ – Tina Klopp schreibt über die Fiktion eines bloodless war, eines Krieges ohne Verluste, und von der Forderungen des Ethikers Rob Sparrow nach einem Menschenrecht, nicht von Robotern getötet zu werden.
Roboter sollen nicht töten dürfen
(ZEIT Online, Tina Klopp, 27. September 2010)

Roboter als Mitarbeiter
Der Industrieroboterbauer Reis Robotics will zusammen mit fünf Partnern aus Industrie und Forschung in den nächsten drei Jahren daran arbeiten, Roboter ohne räumliche Trennung mit Menschen zusammenarbeiten zu lassen. Eine Aufgabe, die wegen der Kraft und des Gewichts von Robotern dringend Sicherheitsfragen aufwirft.
Roboter sollen Hand in Hand mit Menschen arbeiten
(Main-Netz, Nina-Anna Beckmann, 29. September 2010)

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Das Antriebssystem des europäischen Marsrovers

Arne am 26.08.2010 um 10:24 Uhr - zum Artikel

Raumfahrer.net fragt bei der ESA, der Europäischen Weltraumorganisation, und der Planetaren Explorationsgruppe im Institut für Robotik und Mechatronik im DLR nach, was die Europäer bei ihrer Version des Marsrovers besser machen als die NASA: Das Antriebssystem des ExoMars-Rovers.

Telenoid R1 und das Uncanny Valley

Arne am 22.08.2010 um 11:25 Uhr - zum Artikel

Das Uncanny Valley (englisch für „unheimliches Tal“) ist die Bezeichnung für einen psychologischen Effekt, der in der Robotik bei humanoiden Robotern auftritt. Der Effekt ist scheinbar widersprüchlich, aber deutlich messbar. Er bewirkt, dass humanoide Roboter dem Menschen nicht in dem Maße vertrauter werden wie sie ihm ähnlicher werden.

Das Uncanny Valley, das unheimliche TalDas Uncanny Valley, das unheimliche Tal

Bis zu einem gewissen Maße ist dies zwar der Fall: Ein ASIMO ist uns vertrauter als eine Blech­büch­se. Aber ir­gend­wann kippt dieser Ef­fekt und wir be­gin­nen, uns zu gruseln. Es ist der Moment, in dem unser Un­ter­be­wusst­sein beginnt, in dem Roboter tat­säch­lich eine mensch­li­che Ge­stalt zu erkennen. Unser Un­ter­be­wusst­sein be­ginnt in dem Mo­ment al­ler­dings auch, an diese mensch­­li­­che Ge­­stalt all die An­sprüche zu stellen, die wir an einen Men­schen stellen. Wir erwarten Mimik, dass sich der Brust­korb beim Atmen bewegt, dass die Augen mit uns Blick­kontakt aufnehmen, viel­leicht blinzeln und wir erwarten vor Allem weiche, natür­liche, mensch­liche Bewegung. Sehen wir eine mensch­liche Gestalt (die gilt übrigens im gleichen Maße für animierte Figuren etwa in einem Com­pu­ter­spiel) und vermis­sen diese Aspekte, signa­li­siert uns unser Unter­be­wusst­sein, dass irgend­etwas nicht stimmt. Schuld ist hier wie so oft unser Fort­pflan­zungs­trieb, der uns po­ten­tiel­le Partner kon­ti­nu­ier­lich auf Hin­weise auf Fehl­bild­ungen oder Krank­hei­ten absuchen lässt.

Der Effekt lässt sich wie gesagt messen und wie in obiger Grafik darstellen (entnommen der Wikipedia). Die Grafik zeigt in rot die intuitive Annahme, dass die (emotionale) Akzeptanz mit der Menschenähnlichkeit steigt und in blau die tatsächliche Akzeptanz, die kurz vor der Menschenähnlichkeit dramatisch einknickt und den Betrachter verstört.

Zurück zur Robotik: Das Uncanny Valley zu Umschiffen ist für die Erbauer humanoider Roboter eine wichtige Frage. Wollen Sie den Roboter für die Interaktion mit dem Menschen erbauen (und das ist bis auf wenige Ausnahmen bei Humanoiden der Fall), ist einem mit einem Roboter, der den Betrachter verstört, nicht viel geholfen.

Viele Entwickler entscheiden sich deshalb bewusst für eine schemenhafte, manchmal gar comic-hafte Gestalt, die uns schon vertraut ist, aber bewusst nicht ähnlich genug, um ins Uncanny Valley zu geraten. An dieser Stelle wollte ich auf ursprünglich auf den iCub verweisen, der für mich ein gutes Beispiel darstellt. Ein Kommentar in meinem Beitrag zum iCub zeigt jedoch, dass es da offenbar deutliche Unterschiede gibt. Simon ist vielleicht ein noch besseres Beispiel.

Und damit komme ich zum ursprünglichen Antrieb für diesen Blogbeitrag: Ein neuer Roboter auf der internationalen Bildfläche der Telenoid R1:

Telenoid R1Telenoid R1

Der Roboter ist nicht nur ein humanoider, sondern er ist sogar ausdrücklich zur Kommunikation mit einem Menschen konstruiert. Er ist ein Telepräsenzroboter und damit dafür gedacht, einen Diskussionspartner zu vertreten, der irgendwo auf der Welt in eine Kamera spricht. Der Roboter gibt die Sprache weiter und versucht, die mit der Kamera aufgezeichnete Gesichtszüge und Mimik nachzuahmen.

Die reduzierte Gestalt des Roboters ist Absicht und soll erlauben, dass der Telepräsenzroboter sowohl weibliche als auch männliche, sowohl junge als auch ältere Gesprächspartner repräsentieren kann.

Hier scheint es mir doch deutlich der Fall zu sein, dass die Uncanny-Valley-Empfindung im japanischen Raum entweder eine komplett andere ist oder von dem allgemeinen Robotik-Enthusiasmus schlicht überschrieben wird. Dass jemand 6.000 Euro bezahlt (der geplante Preis bei Markt-Einführung), um sich in einem Gespräch von dem merkwürdig anmutenden Telenoid mit seinen Stummelarmen vertreten zu lassen, scheint mir in westlichen Ländern mindestens unwahrscheinlich. Das Konzept, die Telepräsenz auf die Art und Weise durch die physische Präsenz eines Avatars noch realistischer zu machen, ist mir zwar einleuchtend, aber wer will schon während der Telepräsenz tief im Uncanny Valley sitzen?

Und hier sieht man den Roboter im Einsatz, für mich sieht das nicht nach einer besonders vorteilhaften Gesprächssituation aus:

Your browser needs to support Flash contents to display this image. Demonstration eines Ferngesprächs mit dem Telenoid

Der Telenoid kommt übrigens von dem gleichen Schaffer, Hiroshi Ishiguro, der auch schon für den Geminoid verantwortlich zeichnet, der ähnliche Reaktionen hervorrief.

[Linkdump] Robotik als Religion, Staubsaugerroboter und Google

Arne am 15.08.2010 um 21:26 Uhr - zum Artikel

Lange habe ich keine Linksammlung mehr eingestellt, dafür kommen hier aber ein paar wirklich tolle Artikel der letzten zwei Monate: Ein Interview, religiöse Robotik und ein Staubsaugerroboter in der echten Welt …

Tauchroboter
„Ferngesteuerte Roboter […] können zur Erschließung neuer Ölfelder vor den Küsten eingesetzt werden“. Ein Beitrag im aktuellen Kontext der Ölkatastrophe im Golf von Mexiko zum Einsatz von Tauchrobotern, die zwar Vorteile bieten und tiefer tauchen können als Menschen, aber zum Teil auch achtköpfige Bedienungsmannschaften erfordern.
Baumarkt in der Tiefe
(Süddeutsche, Alexander Stirn, 19. Juni 2010)

Robotik als Religion
In der New York Times schreibt Jaron Lanier von der University of Southern California einen Artikel unter dem bezeichnenden Titel The First Church of Robotics, die erste Kirche der Robotik. „The influential Silicon Valley institution preaches a story that goes like this: one day in the not-so-distant future, the Internet will suddenly coalesce into a super-intelligent A.I. […] it will become alive in the blink of an eye, and take over the world before humans even realize what’s happening.“
The First Church of Robotics
(New York Times, englisch, Jaron Lanier, 9. August 2010)

Haushaltshilfe
Für Welt-Online macht Familienvater Clemens Wergin den Test, einen Staubsaugerroboter in die Familie und den Haushalt einzuführen. Ausgesucht hat er sich einen von Samsung, weil dieser der Intelligenteste sei, mit seinem „Visionary Mapping System“ und der „beeindruckende[n] Zahl von Sensoren“. Der Test ist interessant zu lesen, weil er zeigt, wo Roboter nach wie vor scheitern: In der echten Welt, in der Kabel und andere Gegenstände rumliegen und in der der Roboter von Menschen bedient wird, die nicht an der Programmierung beteiligt waren oder geschult wurden. Unterhaltsam zu lesen.
Saugroboter – im Bewährungstest knapp gescheitert
(Welt Online, Clemens Wergin, 27. Juni 2010)

Interview
Der US-Politologe Peter W. Singer (siehe Buch-Review Wired for War) sieht in Militärrobotern eine ähnlich große Veränderung für die Kriegsführung – und eine ähnlich unkalkulierbares Risiko – wie durch die Atombombe. Matthias Kolb führt mit ihm für die Süddeutsche ein Interview.
Wenn Roboter das Schlachtfeld übernehmen
(Süddeutsche, Matthias Kolb, 12. August 2010)

Google
Google hat die deutsche Firma Microdrones gekauft, die zivile ferngelenkte Drohnen entwickelt. Die Spekulationen schießen seitdem – gerade im Zusammenhang mit der aktuellen StreetView-Debatte – aus dem Boden. Spekuliert wird unter anderem über detailliertere Aufnahmen oder sogar Live-Aufnahmen von wichtigen Plätzen.
Google dementiert Berichte über geplanten Drohnen-Einsatz
(Spiegel Online, Frank Patalong, 9. August 2010)

Über Hinweise zu lesenswerten Artikeln freue ich mich jederzeit. Entweder per Kommentar oder per E-Mail an botzeit@ohmpage.org

Robot Needs

Arne am 11.08.2010 um 22:23 Uhr - zum Artikel

Auch Roboter haben Bedürfnisse. Angelehnt an die Maslowsche Bedürfnispyramide hier nun die Bedürfnispyramide für Roboter, gefunden bei Lunch Beath.

Maslowsche Bedürfnispyramide für RoboterMaslowsche Bedürfnispyramide für Roboter

[via Spaß und Spiele]