darpa Archive – botzeit

DRC Wettkampftage

Posted on 17. Juni 201527. Januar 2020 by Jörn

(this article is also available in English)

Eine Woche ist es her, seit der DARPA Robotics Challenge (DRC). Noch am Abend des zweiten Wettkampftages haben wir Walkman wieder verpackt und auf den Heimweg geschickt. Anschließend hatten wir Zeit, Schlaf nachzuholen, ein wenig Californien zu erkunden und die DRC-Woche Revue passieren zu lassen.

In der Tat, es ist nicht bei den zwei gestürzten Robotern während des Testlaufs geblieben. Am ersten Wettkampftag sind nahezu alle Zweibeiner früher oder später gestürzt. Jemand hat sich die Mühe gemacht einige der Stürze in einem Video zusammenzufassen:

Stürzende Roboter, via IEEE Spectrum

Etwa ab Sekunde 00:19 ist Walkman zu sehen. Die Aufnahme zeigt unseren ersten Lauf in der zweiten Gruppe am Freitag Morgen. Innerhalb von acht Minuten und zwölf Sekunden hatte Walkman den Polaris Ranger von der Startlinie durch den Parcours zu Eingangstür der simulierten Industrieanlage gefahren und damit den ersten Punkt geholt. Wie im nachfolgenden Video ab Sekunde 50 zu sehen, wurde Walkman dabei kräftig angefeuert.

Walkman’s erster Lauf, angefeuert von seinem Team

Zu diesem Zeitpunkt hatte Walkman zunächst die beiden Atlas Teams, die offenbar technische Schwierigkeiten hatten, weit hinter sich gelassen. Doch dann standen plötzlich für mehrere Minuten auf allen vier Bahnen sämtliche Roboter still. Offenbar gab es bei allen Teams Probleme mit der Kommunikation zwischen den Piloten und dem Roboter. Die Verzögerungszeit auf allen Bahnen wurde daher an die Wettkampfzeit angehängt. Allerdings zehrten die Roboter während dieser Zeitspanne weiterhin von ihren Batterien…

Als es weiterging, öffnete Walkman problemlos die Tür und setzte an, die diese zu durchschreiten. Wir hatten dies in unserer Garage mehrfach geübt. Aufgrund der sehr breiten Schultern des Roboters (ca. 80 cm), ist das Durchschreiten der Tür nicht ganz einfach. Die Strategie bestand also in einer Drehung des Roboters auf der Stelle um 90°. Anschließend passierte Walkman die Tür mit Seitwärtsschritten. Leider brach Walkman unmittelbar nach dem Öffnen der Tür plötzlich einfach zusammen (siehe Video). Glücklicher Weise hat sich Walkman bei diesem Zusammenbruch quasi abgerollt, sodass nichts passiert ist. In der Tat ist von diesem Sturz kaum ein Kratzer zu sehen.

Die Ursache für den Zusammenbruch ist nicht klar. Die Batteriekapazität lag noch bei 80 %. Faszinierender Weise stürzte exakt zur gleichen Zeit auf der Roboter auf der Nachbarbahn. Bei einem Sturz schaltet das Team den Roboter per Funk über einen sogenannten E-Stop Schalter aus, um weitere Schäden zu vermeiden und eine sichere Annäherung an den Roboter zu ermöglichen. Da ein Übersprechen zwischen den E-Stops beider Teams nicht ausgeschlossen werden konnte, gewährte uns die Wettkampfleitung freundlicher Weise eine Wiederholung des Laufs ab dem Zeitpunkt der Kommunikationspanne. Das bedeutet, wir durften am Abend des gleichen Tages noch einen Versuch unternehmen. Der Versuch startete an der Stelle vor der Tür mit der uns am Morgen an dieser Stelle noch verbliebenen Zeit. Dieses mal gelang es die Tür zu durchschreiten. Leider geriet Walkman unmittelbar auf der anderen Seite der Tür ins Straucheln, fiel mit lautem Scheppern auf die Seite und drehte sich anschließend auf die Frontseite. Er kam auf den Knien und dem Schutzkäfig am Kopf jenseits der Türlinie zum liegen. Damit hatten wir dann immerhin unseren zweiten Punkt geholt.

Die am Roboter angebrachten Polster haben auch bei diesem Sturz schlimmeres Verhindert. Eine Schraube zur Befestigung des Ellenbogen Polsters war deutlich verbogen. Diese Schraube hatte beim Aufprall ein Loch im Asphalt der Wettkampfbahn hinterlassen. Darüber hinaus war dem Roboter scheinbar nichts ernstes passiert. Dennoch wurden einige Rekalibrationen erforderlich, die wir dann bis in die Nacht hinein durchführen mussten.

Am nächsten Morgen ging es dann nach einem kurzen Testlauf in der Garage zum zweiten Wettkampflauf. Beim Fahren des Polaris Rangers konnte Walkman die Zeit vom Vortag nahezu halbieren. Vor der Tür begannen dann leider wieder die Schwierigkeiten. Zuerst machte sich ein Rattern während der Bewegung des linken Ellenbogengelenks bemerkbar. Während des Drehens auf der Stelle vor der Tür berührte Walkman den Türrahmen und geriet zunächst gefährlich ins Wanken. Wenige Minuten später mussten wir letztendlich Walkmans letzten Sturz des Wettkampfs mitansehen… Dieses Mal hat sich Walkman wohl das Fußgelenk verknackst…

Schade ist, dass wir nach so kurzer Zeit und einem so guten Start in den zweiten Wettkampftag dann doch so früh abbrechen mussten. Dennoch herrscht Einigkeit im Team und auch so manch anderer bekannter Robotiker in Fairplex hat uns das bestätigt: angesichts der kurzen Entwicklungszeit haben wir einen für den Wettkampf ernstzunehmenden Roboter präsentiert, eine gute Leistung gezeigt und sind damit doch sehr weit gekommen. Wir haben zwei Punkte geholt und haben so mit dem 17. Platz immerhin sechs weitere Teams hinter uns gelassen. Das Technologiekonzept scheint also prinzipiell zu stimmen, am Reifegrad der Technologie dürfen wir noch arbeiten. Da der Roboter von der ersten Schraube bis zum letzten Softwarebit selbst entwickelt worden ist, können wir alle gelernten Lektionen auch unmittelbar umsetzten.

Als Fazit war die Woche für jeden vons eine großartige Erfahrung und anders als bei vielen der anderen Teams stellt die Teilnahme an dem Wettkampf nicht das Projektfinale dar. Für das Team Walkman war dies nur ein früher Meilenstein nach einem Drittel der Projektzeit.

Hier noch ein paar Eindrücke von unseren Vorbereitungen in der Garage:

Team Walkman bei den Vorbereitungen

sowie den Wettkampftagen:

Team Walkman beim Wettkampf

Und da es offensichtlich noch Bedarf zur Nachbesserung in Sachen Balance gibt, begann Team Walkman sogleich mit einem passenden Aufbauseminar… am Strand von San Diego

/images/blog/surfing.jpg — Nachhilfe in Sachen Balance am Strand von San Diego

Das war’s. Das Team Walkman dankt allen, die die Daumen gedrückt und uns angefeuert haben!

/images/blog/007087e517b.jpg — via newscientist.com

Robuste Roboterhand vom DLR

Posted on 10. Februar 201126. Januar 2020 by Arne

Einen Vorgeschmack zur weiteren Entwicklung in der Robotik hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in den letzten Tagen geliefert:
Angetriggert von einem Artikel in der IEEE Spektrum, wie ich annehme, berichteten in den letzten Tagen allerhand englischsprachige Robotik-Blogs (z.B.) über die neue Roboterhand, die das DLR vorgestellt hat.

/images/blog/dlr-leichtbau-hand.jpg — Leichtbau-Hand des DLR

Die Hand sieht nicht nur spektakulär aus, ihre wahre Sensation liegt zum einen in ihrer Ähnlichkeit zur menschlichen Hand und vor allem in ihrer Robustheit. Die Ähnlichkeit zur menschlichen Hand liegt maßgeblich im (technische) Design begründet, das dem Bewegungsapparat der menschlichen Hand sehr Nahe kommt. Dass die Hand in den Blogs dieser Welt unter Bezeichnungen wie Super Robust Robot Hand geführt wird, ist darin begründet, dass das DLR zeigen kann, dass diese Hand selbst mehrere Schläge mit einem Hammer überlebt; mit nahezu allen bisherigen Robotik-Bauteilen absolut undenkbar. Vor allem, wenn sie dafür nicht in eine Schutzhülle eingepackt sein müssen und sich dabei noch so präzise bewegen können.

Hier im Video ist die Hand zu sehen und wie mit ihr umgegangen wird:

Leichtbau-Hand des DLR in Bewegung und grob behandelt

Schon auf der Automatica im letzten Jahr zeigte das DLR die Hand plus angeschlossenem Unterarm und zog damals schon viele Blicke auf sich. Dass die Robotik-Abteilung des DLR um Hirzinger plant, sozusagen als nächsten großen Wurf, dieses Designprinzip innerhalb der nächsten fünf Jahr in einen Vollkörper-Humanoiden fließen zu lassen, stimmt mich äußerst erwartungsvoll. Der Plan ist, so hört man aus eingeweihten Kreisen, innerhalb der nächsten fünf Jahre die Hardware des Roboter fertigzuhaben und in weiteren fünf Jahren den Roboter vollständig zu beherrschen, so dass er rennen und Treppen rauf- und runterspringen kann. Und wem ist das mehr zuzutrauen, als dem DLR, nachdem die Robotik-Abteilung zuletzt mit dem Leichtbau-Industriearm gezeigt hat, zu welchen technologischen Sätzen man dort in den Lage ist.

Was diese Hand so besonders robust macht, ist ihr durchdachtes Design, moderne Materialien, aber vor allem die Verwendung von künstlichen Sehnen zur Bewegung der Finger. Diese erlauben es, plötzlich auftretenden Kräften nachzugeben (wie zum Beispiel bei einem Aufprall), so dass die Struktur der Hand und die Elektronik von diesen Kräften nicht verletzt wird. Weiterhin wurden die Sehnen in einer Art und Weise verbaut, die es erlauben, ihre Steifigkeit zu verändern. Also etwa steife Sehnen für einen möglichst präzisen Griff und weniger steife Sehnen, wenn es darum geht, unbekannte Gegenstände zu ertasten, oder empfindliche Objekte sanft zu greifen.

Mit insgesamt 19 Freiheitsgraden ist die Hand außerdem ähnlich bewegungsfähig wie unsere Hand (die gerade einmal einen Freiheitsgrad mehr hat). Bei der Konstruktion haben die Bauer darauf achtgegeben, dass die Bewegungsabläufe der Finger denen menschlicher Finger sehr nahe kommen, was diese Hand insgesamt mit all den obigen Faktoren zur aktuell wahrscheinlich coolsten Roboterhand für Humanoide macht. Der Konferenzbeitrag ¹ zu der Hand und diesem Arm wurde auf der HUMANOIDS-Konferenz im Dezember in Nashville folgerichtig mit dem Best Paper Award ausgezeichnet. Dort zeigte der Vortragende Grebenstein im Video, wie mit einem Baseball-Schläger auf den Arm eingeschlagen wird, ohne dass dieser Schaden nimmt. Und das – das macht es so beeindruckend – nicht etwa mit ausgeschalteten Motoren und schlaff herumhängend, sondern in voller Positionsregelung. Ein gehöriger Unterschied, muss man doch bislang mit Robotern jede Bewegung im Vorhinein in Simulation ausführen, um jede Kollision mit eigenen Körperteilen oder anderen Objekten und eine damit einhergehende Beschädigung des Roboters auszuschließen.

Auf den Humanoiden des DLR in diesem Design kann man nur gespannt sein. Mehr und mehr beeindruckende Humanoide hat man in den letzten zwei Jahren die Weltbühne betreten sehen. Aber ein Leichtbau-Roboter, der in jedem Detail so durchdacht und so technologisch fortgeschritten ist, wie es uns mit der DLR-Hand gezeigt wurde, dürfte ein neues Niveau erreichen.

Auf nach Nashville!

Posted on 4. Dezember 20104. Dezember 2010 by Arne

/images/blog/humanoids.jpg — HUMANOIDS 2010

Morgen geht`s für mich auf nach Nashville, Tennessee, wo am Montag eine der – aus meiner Sicht – spannendsten Robotik-Konferenzen stattfinden wird: die HUMANOIDS 2010, eine Konferenz gewidmet der Königsklasse der Roboter: den Humanoiden.

Ich bin am Dienstag auf dem im Rahmen der Konferenz stattfindenden iCub-Humanoids-Workshop iCub and Friends dazu eingeladen, über meine Arbeit der letzten Monate vorzutragen. Workshops wie dieser sind eine tolle Gelegenheit nicht nur vorzutragen, sondern sehr fokussiert – in diesem Fall mit Fokus auf dem iCub – mit den anderen Teilnehmern intensiv Ideen auszutauschen und zu diskutieren.

Ich bin schon sehr gespannt auf die Vorträge der anderen Workshop-Teilnehmer und die Vorträge der Hauptkonferenz an den anderen beiden Tagen. Hoffentlich macht mir der Schnee beim Hinflug keinen Strich durch die Rechnung. Drückt mir die Daumen.

Auf nach Nashville! Yihaaa!

Telenoid R1 und das Uncanny Valley

Posted on 22. August 201014. April 2020 by Arne

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 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 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:

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.

Roboter: iCub

Posted on 7. August 20109. März 2020 by Arne

/images/blog/icub-krabbelnd.jpg — Der iCub (Foto von LV, robotcub.org)

Der iCub ist ein waschechter europäischer Roboter-Spross. Die Vision zu diesem Roboter hatte Giorgio Metta vom IIT (Italien Institute of Technology), der an seinem Institut zusammen mit vielen anderen europäischen Forschungsinstituten im fünfjährigen RobotCub-Projekt das Roboterkind entwickelte.

Die Kleinkind-Gestalt des iCub kommt nicht von Ungefähr. Mit dieser Gestalt trickst man die Kommunikationspartner – den menschlichen Gegenüber des iCub – aus. Zum einen erwarten Menschen instinktiv von einem Kind nicht so viele, komplexe und entwickelte Fähigkeiten wie von einem Erwachsenen. Entsprechend verzeihen wir einem kindlichen Roboter eher die Fehler, die jeder Roboter heutzutage nun einmal noch zuhauf und ständig begeht: Sie verstehen uns nicht, erkennen Objekte in ihrer Umgebung nicht und greifen daneben, wenn sie diese greifen sollen.

Zum anderen bietet die kindliche Gestalt große Vorteile für den Roboter, wenn es darum geht, Fähigkeiten vom Menschen zu lernen. Unbewusst ändern Menschen ihre Sprache, Gestik und Mimik gegenüber Kleinkindern. Sprechen wir mit Kindern, sprechen wir sehr deutlich und sehr betont. Wir achten darauf, Bewegungen langsam und deutlich auszuführen und synchron mit der Stimme auszuführen die gerade die Bewegung oder deren Zweck beschreibt. Und wir zeigen mit unserem Blick ganz deutlich, wo auch das Kind gerade hinsehen sollte, um die Aufgabe zu verstehen. Diesen Effekt, mit dem normalerweise Eltern und Erwachsene Kleinkindern beim Lernen und Verstehen der Welt helfen, macht man sich so zunutze. Ein Vorteil bei der Kommunikation zwischen Roboter und Mensch, den man zumindest heute mit besserer Sensorik und besserer Technik des Roboters noch nicht ausgleichen kann.

Ursprünglich war der iCub nach der Vorlage eines noch kleineren Kindes geplant, herausgekommen ist ein Roboter, der in der Einschätzung zwischen zwei- und dreijährig rangiert. Der Grund ist, dass es Motoren und Getriebe in der Größe und gleichzeitig Leistungsfähigkeit, um den iCub zu tragen, damals noch nicht gab, weswegen man die Größenvorstellung anpassen musste.

Doch auch mit diesem Kompromiss ist der iCub ein wunderbarer Roboter geworden, der im besten Sinne ein langfristiges, europäisches Projekt ist. Die Robotik-Welt beneidet Europa um die langfristige, klare Strategie in der Robotik und der iCub zeigt, warum. Das Projekt lief fünf Jahre und ist seit nunmehr einem Jahr vorüber, aber der iCub macht munter weiter. Überall auf der Welt ist er im Einsatz, wie stetig neue Videos auf Youtube beweisen. Neben den einzelnen Experimenten der (hauptsächlich europäischen) Forschungsinstitute, laufen über die nächsten Jahre weitere große Projekte, die den iCub nutzen und weiterentwickeln: iTALK, Robotdoc, AMARSi, … um nur drei der großen aktuellen Projekte zu nennen.

Bericht über den iCub