Robot Cognition: sehen, hören, fühlen, machen

Sensorik und KI eröffnen Robotern Einsatzgebiete jenseits der Industrie. Unser Team entwickelt neuartige Automatisierungsansätze und bewertet, wo sie wirtschaftlich sinnvoll sind.

Der technische Fortschritt macht Automatisierung in Bereichen denkbar, die weit über das aktuelle Einsatzfeld von Robotik hinausgehen. Man stelle sich Roboter vor, die im Hotel Betten beziehen, in der Landwirtschaft Gurken ernten oder im Supermarkt Regale befüllen. Was die Szenarien vereint: Die Aufgabe ist nicht millimetergenau programmierbar, weil zu manipulierende Objekte sich nicht an exakt bekannter Position befinden. Fachleute bezeichnen solche Aufgaben als teil- oder unstrukturiert.

Damit Roboter solche Aufgaben bewältigen können, ist eine Art Intelligenz nötig: Die Maschine muss wahrnehmen, Schlüsse ziehen, frei planen können – bis zur Ermittlung des richtigen Maßes an Kraft. »Ziel ist, nur noch zu sagen: ›Greife das Objekt so, dass es sicher ist und bewege es nach B‹«, sagt Dr. Gregor Thiele, Abteilungsleiter Prozessautomatisierung und Robotik. Was trivial klingt, ist ein hochkomplexes Arbeitsgebiet, das kognitive Robotik und fortschrittliche Aktorik zusammenbringt. 

Kognitive Robotik lässt Roboter ein Verständnis der Welt aufbauen, die sie umgibt. Bildsensorik befähigt zur Identifikation von Werkstücken, Zielen und Hindernissen. Kraftsensorik ist eine wichtige ­Ergänzung, denn Fühlen komplementiert die visuelle Wahrnehmung optimal. Auch akustische Signale können relevant sein, etwa um Einrastgeräusche auszuwerten. »Die Verarbeitung solcher Signale hat durch die Fortschritte bei maschinellem Lernen und KI in den letzten Jahren große Sprünge gemacht«, weiß Oliver Heimann, Abteilungsleiter Maschinelles Sehen.

Doch in der Anwendbarmachung der Signale bleibt viel zu tun: Sie zu einem Gesamtbild zu fügen und daraus die richtigen Schlüsse zu ziehen, ist aufwendig. Aktionen abzuleiten, die in Geschwindigkeit und Robustheit dem Anwendungsanspruch genügen, erst recht. Und: »Wenn ein Prozess jedes Mal etwas anders aussieht, ist es schwierig zu bewerten, ob er gerade richtig läuft«, resümiert Thiele. 

All das macht es Anwendenden aktuell schwer, sich für Automatisierung zu entscheiden. »Hier unterstützt unser Automation Assessment«, erläutert Arturo Bastidas-Cruz, der die Methode entwickelt hat. »In einem systematischen Vorgehen bewerten wir, welche Prozesse für eine Automatisierung in Frage kommen.« Das Assessment urteilt nicht nur mit hartem ja oder nein, ob Automatisierung technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. Es kann auch in der Empfehlung münden, Teilprozesse zu automatisieren, eine Mensch-Roboter-Kollaboration zu versuchen oder ganze Prozesse anders aufzubauen, sodass Roboter sie leichter verarbeiten können. 

Zudem belässt das Team um Heimann und Thiele es nicht bei Empfehlungen: Rund 60 Fachleute zeigen in prototypischen Umsetzungen, dass eine Lösung machbar ist. Dabei bringen sie jeweils geeignete Hardware mit der passenden Signalverarbeitungslösung zusammen und minimieren so das Entscheidungsrisiko für Unternehmen, die Automatisierung anwenden und Integratoren, die sie realisieren möchten.