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Pflegeroboter Menschliche Maschinen

Roboter, die alte Menschen pflegen: In Darmstadt tüftlen Informatiker an einer Technologie, die unsere Zukunft ziemlich umkrempeln könnte.

Professor Jan Peters (links) ist international führend auf dem Gebiet des maschinellen Lernens. Foto: Sandra Junker / TU Darmstadt

ICub ist so groß wie ein fünfjähriges Kind und wiegt 52 Kilo. Der humanoide Roboter hat Beine, Arme, Hände und ein Gesicht mit großen Glubsch- augen – aber kein Gehirn. Stattdessen führt ein Kabel auf seiner Rückseite bis zu einem Rechner, der den Knirps mit Algorithmen füttert. Denn anders als ein Mensch benötigt diese menschenähnliche Maschine nicht Luft, Sonne und Nahrung, um in Aktion zu treten, sondern Zahlen und Strom als Antriebsmittel.

„Beim maschinellen Lernen gibt es zur Belohnung keine Schokolade, sondern einen Zahlenwert“, sagt Professor Jan Peters von der Technischen Universität Darmstadt, der zusammen mit seinem Team Lern-Programme für Roboter entwickelt. „Ein großer Erfolg ist beispielsweise, dass wir Robotern schon Tischtennis und das Ballfang-Spiel beigebracht haben.“

Da die Maschinen beim Lernen offenbar riesige Fortschritte machen, ist es durchaus denkbar, dass in Zukunft intelligente Roboter fest in den Alltag der Menschen intrigriert sind. „Autofahren können sie bereits jetzt schon“, sagt Peters, das sei sogar vergleichsweise unkompliziert umzusetzen. So führe etwa Google mit seinen „Driverless Car“-Prototypen, die ohne Fahrer durch den Straßenverkehr kurven sollen, bereits Testfahrten in einigen US-Bundesstaaten durch.

Peters ist überzeugt: „Die Anwendungsmöglichkeiten für die Roboter-Technologie sind gigantisch.“ Roboter könnten etwa bei einer atomaren Katastrophe wie in Fukushima eingesetzt werden – und somit jene Helfer ersetzen, die sich in Japan der lebensgefährlichen Strahlung ausgesetzt hatten. Aber auch in der Rehabilitation von Schlaganfall-Patienten oder der Pflege alter Menschen, die sich nicht mehr selbstständig bewegen, könnten Roboter nützlich sein: „Man zieht den Roboter quasi wie ein Kleidungsstück an“, erläutert Peters. „Dieser schätzt dann die Intentionen des menschlichen Benutzer und hilft ihm, die Bewegungen auszuführen, die er gern machen will, aber nicht mehr aus eigener Kraft schafft.“

Ein großes Einsatzgebiet sieht Peters auch für die Roboterhand, die er gerade weiterentwickelt: Im kleinen Kellerraum, das den Forschern übergangsweise als Labor dient, ist die überdimensionale, metallfarbene Hand an einem Schwenkarm befestigt. Damit die Maschine die Objekte erfassen kann, sind an den Wänden neben gewöhnlichen auch diverse Infrarot-Kameras installiert. Diese sogenannte dritte Hand „könnte beispielsweise eines Tages die überalterte Arbeiterschicht in Deutschland unterstützen“. Das erklärt unter anderem, warum deutsche und japanische Industrieunternehmen wie Bosch, ABB und Honda einige von Peters Forschungsvorhaben unterstützen.

„Eigentlich wäre bei der Maschinenhand der fünfte Finger verzichtbar“, sagt Peters. Der Grund, warum es ihn trotzdem gibt, sind die Menschen. Denn die erste Frage der meisten Besuchern würde sonst nämlich lauten: Warum hat denn die Hand nur vierte Finger? Sogar mit einer Art Fingerabdruck könnte die Hand ausgestattet werden: „Über diese Haut können die Sensoren durch den Objektkontakt entstehende Schwingungen besser erfassen, die wiederum umfangreiche Informationen über die Beschaffenheit des Objekts beinhalten, das mittels dieser Information etwa zwischen den Fingern gedreht werden soll.“ Programme für solche komplexen Bewegungsabläufe zu schreiben, fasziniert Peters.

Der 38-jährige Informatiker, Elektrotechniker und Ingenieur ist seit knapp vier Jahren Professor für intelligente autonome Systeme an der TU Darmstadt; außerdem ist er Forschungsgruppenleiter am Tübinger Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme. Sein internationales Team besteht aus insgesamt 16 Doktoranden, promovierten Forschern sowie zahlreicher Masterstudenten. Peters ist stolz darauf, dass 13 seiner 15 Masterabsolventen mittlerweile promovieren und 6 von ihnen ein Vollstipendium an den besten US-Unis bekommen haben. „Durch meine sechsjährige Forschungstätigkeit in den USA bin ich so geprägt worden, dass ich bereits Bachelor-Studierende als vollwertige Forscher behandele“, sagt er.

In stunden- und monatelanger Arbeit versucht er mit seinem Team das maschinelle Lernen zu optimieren: Denn nicht nur Menschen, auch Maschinen können manchmal beim Lernen noch effizienter vorgehen. „Eine Methode ist, dass der Roboter das nachmacht, was ein Lehrer ihm zeigt“, erläutert Peters. Aber Roboter können auch Erfolge erzielen, indem sie Versuch und Fehler so lange wiederholen, bis sie einen Treffer landen, etwa beim Ballfang-Spiel. „Nach 40 Versuchen hat‘s das erste Mal geklappt, nach 100 mal konnte es der Roboter perfekt“, sagt Peters.

Maschinen beizubringen, sich wie Menschen zu bewegen, ist eine Herkules-Aufgabe: Der humanoide Roboter iCub besitzt 53 Gelenke, die ferngesteuert werden können. Damit dieser gehen oder sich setzen kann, geben die Wissenschaftler ihm für jedes einzelne seiner Gelenke Positionen und Geschwindigkeiten vor.

Das Besondere an iCub ist, dass er eine mit tausenden Sensoren ausgestattete Haut hat, mit der er lernen soll, auf Berührungen zu reagieren. Simulieren kann der Roboter bereits Gefühlsregungen, indem er etwa lächelt oder die Augen schließt. Die Materialkosten für den Roboter belaufen sich auf rund 250 000 Euro, finanziert wird das Forschungsprojekt, an dem noch weitere Teams in Genua, Paris, Birmingham und Ljubljana beteiligt sind, von der Europäischen Union.

Peters betreibt Grundlagenforschung. „Ich möchte, dass die Welt unsere Ideen nutzt“, lautet seine Antwort auf die Frage, ob er seine Erfindungen denn nicht patentieren lassen wolle. Aus Hollywood-Blockbustern stammende Horrorszenarien von Robotern, die die Herrschaft über die Menschen erlangen und nicht mehr zu steuern sind, befürchtet Peters nicht, er sieht in ihnen vor allem Helfer, die ausschließlich das tun, was der Mensch ihnen durch Demonstration sowie Belohnung und Bestrafung beigebracht hat.

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