Advanced Robotics – Mission und Vision
Technology
2. Oktober 2018
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Robotik, was genau bedeutet das eigentlich? Ab wann ist eine Maschine ein Roboter? Und was ist der Unterschied zwischen konventioneller Robotik und Advanced Robotik?
Der Begriff Roboter kommt vom slawischen Wort „robota“ und bedeutet Fronarbeit. Als Bezeichnung für humanoide Maschinen tauchte dieser Begriff zuerst im Theaterstück Rossums Universal Robots vom tschechischen Schriftsteller Karel Čapek (1890–1938) auf. Auch Isaac Asimov, ein Science-Fiction Autor, sprach erstmals 1942 in seiner Kurzgeschichte Runaround von Robotern. Der Wunsch und die Idee, automatisierte Maschinen zu bauen, geht allerdings viel weiter zurück, nämlich bis in die Antike. Auch Leonardo Da Vinci machte bereits Skizzen und Pläne zur Konstruktion von Robotern. Menschen sind seit jeher fasziniert davon, Maschinen zu erschaffen, die Aufgaben erfüllen können oder mit ihnen interagieren. Und da liegt ein weiterer Knackpunkt in der Begrifflichkeit: Sind Robotik und Automation gleichbedeutend? Nach Thomas Christaller sind Roboter „sensomotorische Maschinen zur Erweiterung der menschlichen Handlungsfähigkeit. Sie bestehen aus mechatronischen Komponenten, Sensoren und rechnerbasierten Kontroll- und Steuerungsfunktionen. Die Komplexität eines Roboters unterscheidet sich deutlich von anderen Maschinen durch die größere Anzahl von Freiheitsgraden und die Vielfalt und den Umfang seiner Verhaltensformen.“
Der große Unterschied: die Fähigkeit autonom zu handeln
Der größte Unterschied zwischen einer einfachen Maschine und einem Roboter ist also die Fähigkeit, in bestimmten Bereichen autonom zu handeln. Sieht man genauer hin, sind viele konventionelle Roboter heute im strengsten Sinn eigentlich nur sehr leistungsfähige Automaten. Ein Beispiel sind hier Roboter, die in Fabriken eingesetzt werden. Unsere Produktion wäre ohne sie nicht mehr denkbar. Autos werden fast ausschließlich von riesigen Industrierobotern gebaut, die extrem präzise und leistungsstark immer wieder die gleiche Bewegung und den gleichen Arbeitsschritt ausführen. Obwohl diese Roboter State of the Art sind, fallen sie unter konventionelle Robotik. Denn ihr Handeln ist zu 100 % vorherbestimmt, sie sind also deterministisch und nicht autonom. Ähnlich verhält es sich mit einer Waschmaschine. Einmal auf den Knopf gedrückt schleudert sie ihr gelerntes Programm. Es gibt keine Abweichungen. Die Robotik der Zukunft sieht anders aus. Mit einem Wort zusammengefasst könnte man sagen: Die Robotik von morgen ist nicht mehr deterministisch, sie ist flexibel, intelligent und eben – autonom. Ein wahrer Quantensprung. Um dieses Ausmaß zu verstehen, gehen wir nochmal einen Schritt zurück und betrachten eine (noch) imaginäre Waschmaschine: Durch verschiedene Sensoren, erkennt die Waschmaschine, welche Wäsche sie heute waschen soll. Zum Beispiel schwarze Sportkleidung. Deshalb wählt sie das passende Waschmittel und die passende Temperatur aus. Anhand des Füllgrades der Maschine berechnet sie die Dauer des Waschgangs. Und sollte das passende Waschmittel aus sein, sendet sie eine Bestellung an den vorher definierten Onlinehändler. Das wäre schon um einiges cleverer als unser Industrieroboter je sein wird – aber noch lange nicht „advanced“. Denn die Waschmaschine ist nicht autonom. Sie kann keine individuellen Lösungen finden, nicht dazu lernen und sie kann sich auch nicht bewegen, geschweige denn navigieren. Sie wurde gut programmiert, ihre Sensoren funktionieren, aber nur im Bereich ihrer vordefinierten Kenntnis. Wenn „schwarz“ und „Sportkleidung“ nicht in ihrem Programmcode vorkommt, ist sie mit ihrem Latein am Ende.
Advanced: Ein Roboter von Magazino muss selbst entscheiden
Sehen wir uns also Magazino Roboter und ihre Fähigkeiten an. Diese können in einem Warenhaus nicht nur einzelne Schritte übernehmen, sondern tatsächlich alle Arbeitsgänge ausführen, die auch ein menschlicher Mitarbeiter auf der gleichen Position ausführt. Sie können also den kompletten Kommissioniervorgang erledigen. Verbunden mit dem Warenwirtschaftssystem erhalten sie über Wlan ihre Pickaufträge. Sie navigieren autonom zum entsprechenden Regal, erkennen über ihre Kameras und Sensoren das richtige Objekt, greifen es, lagern es in ihrem Rucksackregal und transportieren es zur weiteren Verarbeitung. Ihr Weg und ihr Objekthandling ist dabei nicht vorherbestimmt. Der Roboter muss in der jeweiligen Situation selbst entscheiden, was der sinnvollste Weg durch das Warenlager ist und wo er den entsprechenden Karton am besten greift. Außerdem wird er mit Abweichungen konfrontiert. Abweichung klingt unnatürlich, aber das Gegenteil ist der Fall. In jeder Umgebung, in der auch Menschen arbeiten, sind Abweichungen die Norm. Oder anders gesagt: Die Umgebung ist dynamisch. Menschen sind keine Roboter, ihre Bewegungen und Routen lassen sich nicht berechnen. Sie legen Pakete auch nicht auf den Millimeter genau ab. Mit diesem menschlichen Chaos muss ein Magazino Roboter arbeiten können – und zwar effizient und störungsfrei. Und das Meistern genau dieser Herausforderung macht Magazino Roboter „advanced“ im wahrsten Sinne des Wortes. Magazino Roboter können nicht nur einzelne Parameter ihrer Aktionen anpassen, sondern sich je nach Situation dazu entscheiden, komplett andere Aktionen auszuführen. Sie können also eigene Entscheidungen treffen und sogar dazu lernen.
Ein Beispiel: Der Magazino Roboter TORU fährt einen Gang im Warenhaus entlang und möchte links abbiegen. Dieser Gang wird allerdings von einem Menschen blockiert. TORU stoppt jetzt nicht einfach nur, er errechnet sofort eine alternative Route zu seinem Ziel. Dort angekommen findet er das zu pickende Paket nicht am entsprechenden Ort vor. Mit seinen Kameras sucht er nun die Umgebung ab, findet das verschobene Objekt und greift es erfolgreich.
ACROS – intelligentere, selbständigere und effektivere Roboter
Job done, next one. Dieses intelligente Verhalten basiert auf der Idee, nicht alles vorzuprogrammieren, sondern dem Roboter durch Kameras und Sensoren eine eigene Wahrnehmung zu geben und dazu die Fähigkeit, diese Daten zu verarbeiten und daraus eigene Entscheidungen abzuleiten. Die Grundlage dafür bildet das „Advanced Cooperative Robot Operating System“ oder kurz ACROS: das Betriebssystem für unsere perzeptionsgesteuerten Roboter. ACROS ist unser Framework, mit dem in Zukunft die Entwicklung intelligenter, wahrnehmungsgesteuerter Roboter um einiges leichter und kreativer werden wird. Die Erkenntnisse, die unsere Roboter heute im Einsatz sammeln, machen sie in Echtzeit klüger, denn sie arbeiten cloud-basiert und teilen ihr Wissen. Unser Ziel ist es, unsere Roboter immer intelligenter, selbstständiger und damit noch effektiver zu machen. Zum Beispiel mit einer globalen Datenbank für Objekte und dazu passenden Greifvorgängen. Darauf könnte dann jeder Roboter immer zugreifen, wenn er mit einem ihm noch unbekannten Objekt konfrontiert wird. Das ist nur ein Beispiel von vielen Szenarien. Wahrnehmungssteuerung, maschinelles Lernen und globale Vernetzung haben in der Robotik großes Potential. Wir arbeiten jeden Tag daran, unsere Roboter und ihre Fähigkeiten weiter zu entwickeln. Und wir arbeiten jeden Tag an der Zukunft von Advanced Robotics – wir waren ohnehin schon immer unkonventionell.
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