Advan­ced Robo­tics – Mis­sion und Vision

Software

2. Oktober 2018

Share

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.“

Die Robotik von morgen ist nicht mehr deterministisch, sie ist flexibel, intelligent und eben – autonom.
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
Advanced Cooperative Robot Operating System
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.