Robotik-Blog

Mit Elektroadhäsion die Wände hoch

Arne am 05.09.2009 um 11:35 Uhr - zum Artikel

Alle Entwicklungen der Robotik im Auge zu behalten, ist schwierig, da in den letzten Jahren – und wohl auch in den kommenden – so viel passiert. Es gibt aber einzelne Entwicklungen, die mir ganz anschaulich bewusst machen, was da in der nächsten Zeit auf uns zukommen mag. Hier ist eine davon: Roboter, die fast beliebige Materialien senkrecht hochfahren können.

Roboter klettert mit Elektroadhäsion

Ich hatte bereits in einem früheren Blogeintrag gezeigt, wie Roboter mühelos Wände verschiedener Materialen hochsteigen. Dabei waren jedoch für die unterschiedlichen Materialen verschiedene, dafür angepasst, Roboter eingesetzt. Sie verfügten entweder über hunderte kleiner Krallen, um an rauen Oberflächen zu klettern oder über kleine Saugnäpfe, um glatte (Glas-) Wänder zu besteigen.

Klettern an einer Mauer [SRI]Klettern an einer Mauer [SRI]

Was das SRI International (früher Stanford Research Institute) jetzt zeigt, ist um ein vielfaches beeindruckender. Mit den neuen Techniken findet der Roboter sowohl an glatten als auch an rauen Oberflächen Halt, und dieser Effekt kann sogar beliebig ein- und ausgeschaltet werden. Die Technik nennen die Forscher Elektroadhäsion. [1] Die Technik kann so eingesetzt werden, dass der Roboter nicht klettern muss, sondern die Wände in normaler Geschwindigkeit hochfährt.

Folie trägt ein Gewicht [SRI]Folie trägt ein Gewicht [SRI]

Adhäsion ist der durch „molekulare Wechselwirkungen in der Grenzflächenschicht hervorgerufene mechanische Zusammenhalt der beteiligten Phasen“ (Wikipedia). Also der Zusammenhalt zwischen zwei Materialen durch Anziehungskräfte zwischen deren Molekülen. Während Adhäsion zwischen Flüssigkeiten und glatten Materialen stattfindet (zum Beispiel Schutzfolien auf Displays), kann die Elektroadhäsion zwischen einer großen Zahl verschieden gearteter Materialien stattfinden und durch Anlegen von Spannung sogar beliebig ein- und ausgeschaltet werden. Das Prinzip ist das eines Luftballons, das man an einem Pullover reibt und dann irgendwo anheften kann. Der Roboter muss allerdings keinen Ballon und Pullover mit sich führen, sondern erledigt dies über einen Akku, den er mitführt.

Beeindruckend sind dabei vor Allem auch die Kräfte und der Energieverbrauch dieser Technik. Die Elektroadhäsionsfolie kann Kräfte bis zu 1.4 Newton pro Quadratzentimeter aufbringen und hat dabei einen Verbrauch von gerade einmal 20 Mikrowatt pro Newton. Eine Fläche von einem Quadratmeter kann dadurch über eine Tonne tragen und verbraucht dabei gerade einmal 0,3 Watt. Beeindruckend.

Mehr dazu gibts direkt beim SRI International oder als Paper bei IEEE. Im Folgenden ein paar Videos, die Roboter zeigen, die mit dieser Technik, Wände verschiedener Materialien hochsteigen:

Holz

Elektroadhäsion an einer Holzwand

Trockenmauer

Elektroadhäsion an einer Trockenmauer

Beton

Elektroadhäsion an Beton

Glas

Elektroadhäsion an Glas

Hier klettert der Roboter sogar seitwärts.

Stahl

Elektroadhäsion an Stahl

Via Planet Robotics

1
Elektroadhäsion in der englischsprachigen Wikipedia

Mein Roomba

Arne am 04.09.2009 um 11:22 Uhr - zum Artikel

Seit vorgestern besitze ich einen iRobot Roomba und habe ihn bereits vollständig in mein Herz geschlossen. Meine Wohnung ist jetzt sauberer als sonst und ich habe nicht nur dafür keinen Finger rühren müssen, sondern habe zusätzlich dazu einen autonomen Roboter in meiner Wohnung rumdüsen. Fantastisch!

Roomba 560Roomba 560

Ich habe mich für den Roomba 560 entschieden, weil dieser auf­grund der ak­tu­el­len Preis­schwan­kun­gen bei Ama­zon kurzfristig deutlich reduziert war. Was ihm ge­gen­über dem teu­re­ren Modell Room­ba 580 fehlt, ist glaube ich im We­sent­li­chen die Fern­be­die­nung. Der Roomba 560 kommt mit Timer und mit zwei Virtual Wall Lighthouses, die ich − wie gesagt − gegenüber den einfachen Virtual Walls em­pfeh­le.

Folgerichtig wurde ich heute und gestern morgen von einem Roomba geweckt, der sein Tagewerk mit einem freudigen Piepsen und ansurrenden Bürsten begann. Das geschah na­tür­lich nicht unabsichtlich, den Timer hatte ich bewusst so eingestellt − zu meiner Freude am Morgen.

Es ist ganz erstaunlich, wie schnell der Roomba eine Zimmerfläche vollständig abgegrast hat, selbst wenn das Zimmer verwinkelt und mit zahlreichen Möbeln verstellt ist. Der Roomba benutzt dabei im Wesentlichen drei verschiedene Bewegungsmuster, die er im Wechsel je nach Situation wählt, um das Zimmer zu erschließen:

  • Spiralförmig in der Mitte des Zimmers

  • Zick-Zack durchs Zimmer

  • Die Wand entlang (mal linksrum, mal rechtsrum)

Ich empfehle, die erste Säuberung in jedem Zimmer mit wachem Auge zu begleiten, um das zu tun, was man auch sonst beim manuellen Staubsaugen tut: Kleinteile aus dem Weg räumen. Roomba hat zwar auch mit kleinen Teilen wie Schrauben, kleinen Notizblöckchen usw. keine Probleme, diese landen in seinem Auffangbehälter. Man sollte es allerdings möglichst nicht riskieren, dass er sich an diesen Teilen doch verschluckt und vor allem auf Papierschnipsel und Kabel/Fäden achtgeben.

Der Roomba ist durch seine Höhe von knapp zehn Zentimetern auch in der Lage, unter die meisten Schränke, Betten und Sofas zu krabbeln. Ich habe daher bei dem ersten Lauf meines Roombas den Bereich unter meinem Bett zur Vorsicht mit einer Virtual Wall abgesperrt. Allerdings hauptsächlich, da ich annehme, dass der Roomba ansonsten in Streik getreten wäre oder eine Versetzung beantragt hätte.

Selbstständig zurück zur BasisstationSelbstständig zurück zur Basisstation

So hat der Roomba jetzt bereits zweimal via Timer seine Tour durch die Wohnung begonnen und mehrere Füllungen seines Staubbehälters aus der Wohnung befördert. Nach jeder Reinigungstour, die ich mit den Virtual Wall Lighthouses grob vorgegeben habe, kehrt er selbstständig zu seiner Basisstation zurück, um sich aufzuladen und auf den nächsten Start zu warten. Mit den Virtual Wall Lighthouses teilt man Roomba die Trennung zwischen einzelnen Räumen mit. So bleibt Roomba dann ungefähr 20 bis 25 Minuten in einem Raum und wechselt dann selbstständig in den nächsten. Zum Ende dienen die Lighthouses dem Roomba dazu, den Rückweg zu rekonstruieren und somit sicher zur Basisstation zurückzufinden.

Zu Beginn habe ich dem Roomba eigentlich die ganze Zeit zugesehen, habe die verschiedenen Reinigungsmuster beobachtet und war damit beschäftigt, ihm Hindernisse in den Weg zu stellen und zu sehen, wie er sich aus den Situation freifährt. Nachdem ich das eine verrückt lange Zeit getan habe, habe ich ihm die Küche überlassen und habe mich zurück an die Arbeit begeben. Die ganze Zeit das leise Surren im Ohr und immer die hörbare Rückmeldung, wenn er gerade wieder in der Ecke der Küche angekommen war, in der bei mir die Pfandflaschen auf dem Boden stehen. *kling* *pling*

Als ich ihn später ins Badezimmer setzte − eine ziemlich kleine Bodenfläche − schloss ich die Tür, damit er dort in Ruhe reinigen kann, ohne versehentlich den Raum zu verlassen, hier hatte ich nämlich noch kein Lighthouse aufgestellt. Nach ca. 10 Minuten hörte ich, wie Roomba sich abschaltete und mir durch ein fröhliches Piepen signalisierte, dass er den Raum nun für sauber befindet und bereit für den nächsten Raum ist.

Man, ist der Roomba cool!

Olympische Spiele für Roboter

Arne am 01.09.2009 um 12:50 Uhr - zum Artikel

7th Wonderful Robot Carnival7th Wonderful Robot Carnival

In Japan fand in diesem Jahr der 7th Won­der­ful Robot Car­ni­val statt – so­zu­sa­gen die olym­pi­schen Spie­le für hu­ma­no­ide, also zwei­bei­ni­ge, men­schen­ähn­li­che Ro­bo­ter.

Hier werden nicht wie bei den RoboGames oder dem RoboCup Roboter für eine bestimmte Disziplin, zum Beispiel Fußball, konstruiert, sondern die humanoiden treten in mehreren Disziplinen gegeneinander an. Zum Beispiel Flaschenziehen.

Beim Flaschenziehen geht es darum, dass der Roboter einen Korb mit kleinen Flaschen möglichst weit schiebt oder zieht. Die Punktzahl ist die Anzahl der Flaschen mal die Distanz. Im folgenden Video sind schön die unterschiedlichen eingesetzten Techniken zu sehen.

Flaschenziehen beim „7th Wonderful Robot Carnival“

Eine andere Disziplin ist das Würfelschieben, bei dem jede Mannschaft versucht, soviele Würfel wie möglich auf die eigene Seite zu holen:

Disziplin „Cubes“

Insgesamt gibt es fünf Disziplinen. Danach ist allerdings noch nicht der Gewinner entschieden, denn die ersten vier treten anschließend zu einem klassischen Deathmatch an, um den Sieger zu küren.

Wie lang es wohl noch dauert, bis wir von humanoiden Robotern die klassischen olympischen Disziplinen sehen? Eine ist schließlich schon vertreten: der Sprint. Wenn auch über die bislang noch wenig ehrfurchterregende Distanz von 2 Metern.

Via Botjunkie und Plastic Pals.

Roomba-Preise

Arne am 30.08.2009 um 12:31 Uhr - zum Artikel

Roomba 560Roomba 560

Wer – wie ich zur Zeit – vage mit dem Gedanken spielt, sich einen iRobot Roomba als nützliches Spielzeug zuzulegen, sollte in den nächsten Tagen die Preise beobachten, da sie sich möglicherweise kürzfristig ändern werden.

Wie Golem meldet wird aktuell die Modell- und Preispolitik des Roombas umgestellt. Der iRobot-Partner für Deutschland und Österreich, Klein & More, hat auf der IFA 2009 gezeigt, wie sich der Bezug der Roombas ändern wird. Die Modelle werden zum Teil in ihrer Ausstattung geändert und preislich angepasst. In den letzten Tagen war bei den Roombas zum Beispiel bei Amazon bereits Bewegung im Preis.

So war vor einigen Tagen für sehr kurze Zeit das Top-Modell Roomba 580 für 399 € zu haben, das sonst – und auch jetzt wieder – 499 € kostet. Leider habe ich dieses Schnäppchen verpasst. Aber auch der Preis des Roomba 560, mit ähnlicher Ausstattung, hat sich in den letzten Tagen etwas verändert. Möglicherweise weil dieses Modell in Kürze durch das Modell Roomba 555 abgelöst wird, das eine ähnliche, etwas abgespeckte, Ausstattung besitzt.

Wer über einen Kauf nachdenkt, tut also gegebenenfalls nicht schlecht daran, die Preise in den nächsten Tagen im Auge zu behalten. Dabei sollte man allerdings die Modellpolitik von iRobot nicht aus dem Auge verlieren. So ist der Roomba 520 zwar für nur 299 € lässt aber einiges an nützlichem Zubehör und nützlichen Funktionen vermissen. Man will daher eigentlich einen Roomba mit einer Modellnummer größer 550, damit virtuelle Wände zum Abtrennen Räumen und vor allem ein Timer dabei ist, mit dem man den Roomba zu einer vorgegebenen Tageszeit auf die Reise schicken kann.

Der Roomba 560 ist im Moment im Amazon Marketplace für 394 € statt der üblichen 429 € zu haben (Affiliate-Link). [1] Da das Modell auslaufen und durch den Roomba 555 ersetzt wird, ist hier vielleicht noch weiterer Preisverfall zu erwarten?! Hier will man auf jeden Fall auch noch den 560 kaufen, nicht den 555. Denn dem 555 liegen zwei normale Virtual Walls bei, dem 560 jedoch noch die – deutlich cooleren – Virtual Wall Lighthouses, die einzelne Bereiche der Wohnung abhängig vom Säuberungsstand der anderen Räume für den Roomba „freischalten“.

Zuschlagen bevor das Modell ausläuft? Oder noch abwarten?

1
Nachtrag: Das Angebot ist bereits verschwunden. Im Auge behalten!
2
Nachtrag #2: Es gab ein Zeitfenster von unter einem Tag, in dem der Roomba 560 bei Amazon nur 359 EUR kostete. Da hab ich zugeschlagen. Yay!

„Der Roboter denkt [...]“

Arne am 27.08.2009 um 10:50 Uhr - zum Artikel

Gestern habe ich mal wieder einen Vortrag über ein Robotik-Projekt gehalten. Jedesmal laufe ich – und das geht wahrscheinlich vielen so – über kurz oder lang in Formulierungen hinein wie „Der Roboter macht [...]“, „Der Roboter denkt [...]“, „Dann sieht der Roboter [...]“, usw.. Diese Formulierungen sind natürlich falsch und das wird auch noch für viele Jahr so bleiben – solange Roboter nämlich nicht in der Lage sind, eigenständig zu denken, handeln und zu entscheiden, sondern lediglich Programme ausführen.

Nichtsdestotrotz ist die korrekte Alternativ-Formulierung in der Regel dermaßen umständlich, dass es dem Zuhörer nicht hilft: „Der Roboter ist so programmiert, dass [...]“, „Die Bildverarbeitung erkennt das Objekt [...]“, oder ähnliche Formulierungen sind einfach oftmals unnötig kompliziert. Der Grund ist, dass erstere (kürzere, aber auch weniger korrekte) Formulierungen selbstverständlich in unserer Sprache vorhanden sind, und damit einfacher zu sprechen und für Zuhörer auch einfacher zu verstehen.

Ich habe mir deshalb mittlerweile angewöhnt, unmittelbar vor dem Vortrag darauf hinzuweisen, dass ich aus den genannten Gründen die einfacheren Formulierungen wählen werden, damit aber nicht implizieren will, dass der Roboter in irgendeiner Art und Weise selbstständig ist. Alles andere könnte dem versierten Zuhörer gegebenenfalls wie massive Überschätzung des Roboters vorkommen.

[Linkdump] 24. August 2009

Arne am 24.08.2009 um 23:03 Uhr - zum Artikel

Robotische Links der vergangenen Tage:

Asimovs Roboter-Gesetze überarbeitet

Arne am 23.08.2009 um 22:04 Uhr - zum Artikel

Isaac Asimov ist bekannt für seine drei Roboter-Gesetze, die er 1942 in seiner Geschichte Runaround erstmals erwähnte:

  1. Ein Roboter darf kein menschliches Wesen wissentlich verletzen oder durch Untätigkeit gestatten, dass einem menschlichen Wesen (wissentlich) Schaden zugefügt wird.

  2. Ein Roboter muss den ihm von einem Menschen gegebenen Befehlen gehorchen – es sei denn, ein solcher Befehl würde mit Regel #1 kollidieren.

  3. Ein Roboter muss seine Existenz beschützen, solange dieser Schutz nicht mit Regel #1 oder #2 kollidiert.

Noch sind Roboter (ist die künstlich Intelligenz) noch nicht weit genug, dass sie eigene Entscheidungen treffen. Diese Gesetze sind also nach wie vor rein fiktional. Mit den Fortschritten in der Robotik und der künstlichen Intelligenz der letzten Jahre … nein … mit den absehbaren Fortschritten in den nächsten Jahren … nein … mit den möglichen, zuküftigen Fortschritten in dem Bereich der künstlichen Intelligenz kann es Sinn machen, diese Regeln für ihren realen Einsatz vorzubereiten, meint David Woods, Robotiker an der Ohio State University. Er sagt, die zunehmende Faszination für immer eigenständigere Roboter führt mitunter dazu, dass ihnen mehr und mehr Entscheidungen überlassen werden – was böse Folgen haben kann.

Woods und seine Kollegen schlagen daher eine Abwandlung der drei Asimov-Regeln vor, die den Schaffer mehr in die Verantwortung nimmt. Frei übersetzt:

  1. Menschen dürfen keine Roboter einsetzen, die nicht die höchsten rechtlichen und fachlichen Standards bzgl. Sicherheit und Ethik mitbringen. [1]

  2. Roboter müssen Menschen gemäß ihrer Stellung gehorchen. Es gibt eine Gruppe von Menschen von denen Roboter Befehle entgegennehmen. [2]

  3. Roboter sind selbstständig genug, um ihre eigene Existenz zu schützen, solange dies nicht mit Regel #1 oder #2 kollidiert. [3]

Woods empfiehlt außerdem, dass sich Robotiker in dieser Hinsicht an der NASA orientieren sollten, die z. B. Regel #3 schon erfolgreich einsetzt. Die Marsrover sind nur begrenzt selbstständig, in dem Sinne, dass sie jeden Tag erneut die Anweisungen entgegennehmen, was sie als nächstes zu tun haben. Sie sind aber selbstständig genug, über keine Klippe zu fahren, solange die NASA-Ingenieure ihnen nicht die explizite Anweisung dazu geben. Dies dürfte unter Anderem daran liegen, dass sich die NASA nicht leisten kann, mit ihren Robotern unvorsichtig umzugehen. Sei es, ihnen zu viel Kontrolle zu überlassen und diese gegebenenfalls zu verlieren, oder sei es, ihnen zu wenig Kontrolle zu überlassen und damit zu riskieren, dass sie versehentlich von den NASA-Ingenieuren ins Verderben manövriert werden. Man wird eben vorsichtiger im Umgang mit Robotern, wenn Reparatur oder Ersatz mehrere Millionen Kilometer und Milliarden Dollar entfernt sind.

Via MSNBC.

1
„[...] says that humans may not deploy robots without a work system that meets the highest legal and professional standards of safety and ethics.“
2
„[...] requires robots to respond to humans as appropriate for their roles, and assumes that robots are designed to respond to certain orders from a limited number of humans.“
3
„[...] proposes that robots have enough autonomy to protect their own existence, as long as such protection does not conflict with the first two laws and allows for smooth transfer of control between human and robot.“

Buch lesen in Sekunden

Arne am 20.08.2009 um 23:26 Uhr - zum Artikel

BuchscannerBuchscanner

Die Mannschaft vom Ishikawa Komuro Laboratory der Universität Tokyo hat kürzlich schon beeindruckende Videos von einer rasend schnellen Kombination aus Roboterhand und Kamera(s) gezeigt, die in unglaublicher Geschwindigkeit Dinge erkennen und auffangen, Knoten binden oder Baseball spielen kann.

Von der gleichen Gruppe kommen nun weitere beeindruckende Bilder von einem Buchscan-Prototypen. Was man bislang in Science-Fiction-Filmen und -Literatur von Androiden kannte, scheint in greifbare Nähe zu rücken: Das Lesen von Büchern in wenigen Sekunden. Der Buchscan-Prototyp ist in der Lage, ein Buch einzuscannen, während die Buchseiten vor seinen Augen durchfliegen.

Erneut ist eine Kamera involviert, die 1000 Bilder pro Sekunde aufzeichnet und die Erkennung der Buchseiten und der Texte und Grafiken übernimmt. Dazu rekonstruiert der Scanner blitzschnell durch Streifenprojektion die Geometrie der durchfliegenden Buchseiten und kann darüber das verzerrte Abbild der Buchseite geraderücken. Anschließend ist es dann einfach eine bekannte Aufgabe für Texterkennungs-Software.

Hier das beeindruckende Video:

Prototyp eines High-Speed-Buchscanners

Für das Einscannen antiker Bücher eignet sich das Verfahren natürlich nicht, weil dabei mit den Buchseiten wesentlich behutsamer umgegangen werden muss. Man stelle sich aber vor, wie sich zukünftige Roboter komplette Buchregale in kurzer Zeit einverleiben. Ein weiterer Punkt, in dem die Robotik die Science-Fiction-Literatur der letzten Jahre einzuholen scheint.

Die gezeigte Vision, dass dies auch mit einem iPhone möglich sein wird, ist natürlich noch Zukunftsmusik, zeigt aber, wohin die Reise gehen kann.

Via Plastic Pals.