WEBVTT 00:00.760 --> 00:04.580 Folgen Sie uns mit InsideScience und werfen Sie den Forschern einen 00:04.580 --> 00:05.480 Blick über die Schulter. 00:07.560 --> 00:09.000 In diesem Beitrag... 00:19.520 --> 00:23.320 Beim Thema Roboter gehen uns verschiedene Bilder durch den Kopf, die 00:23.320 --> 00:24.900 starke Emotionen auslösen. 00:25.720 --> 00:28.340 Dabei haben die meisten noch nie einen Roboter in der Realität 00:28.340 --> 00:28.760 gesehen. 00:30.680 --> 00:33.620 Industrieroboter revolutionierten in den letzten 50 Jahren die 00:33.620 --> 00:34.720 Produktionsprozesse. 00:35.860 --> 00:39.780 Heute sollen Roboter aus den Fabriken heraus und näher zum Menschen 00:39.780 --> 00:40.140 kommen. 00:40.840 --> 00:43.280 Als moderner Helfer im privaten Haushalt. 00:45.120 --> 00:48.680 Wie muss eine Maschine aussehen, die sich in einer Umgebung bewegen 00:48.680 --> 00:50.320 soll, die für Menschen gemacht ist? 00:51.280 --> 00:52.820 Die Menschen helfen soll? 00:53.700 --> 00:56.880 Und die von Menschen möglichst leicht kontrolliert werden kann? 00:57.880 --> 01:01.920 Am Karlsruher Institut für Technologie arbeiten Forscher verschiedener 01:01.920 --> 01:05.200 Fachrichtungen am Bau eines humanoiden Roboters. 01:06.460 --> 01:11.640 Das Ziel des Sonderforschungsbereichs Humanoide Roboter bestand darin, 01:11.920 --> 01:16.020 multimodale, lernende, kooperierende Roboter zu entwickeln. 01:16.680 --> 01:21.060 Sie sollten eine humanoide, eine menschenähnliche Formhülle haben, 01:21.540 --> 01:25.980 sich sehr natürlich menschenähnlich verhalten und vor allem interaktiv 01:25.980 --> 01:26.320 sein. 01:26.880 --> 01:30.240 Wir sind jetzt in der Lage, dass wir abgesehen von den 01:30.240 --> 01:34.380 Industrierobotern, die starre Aufgaben lösen, wirklich jetzt dahin 01:34.380 --> 01:38.120 gehen können, dass wir Roboter-Systeme entwickeln, die den Begriff 01:38.120 --> 01:39.680 Humanoid enthalten. 01:40.220 --> 01:44.980 Das ist ein uralter Menschheitstraum und der heute, sagen wir, seit 20 01:44.980 --> 01:46.480 Jahren realisiert werden kann. 01:46.700 --> 01:49.540 Auf der anderen Seite haben wir keiner von uns irgendwelche 01:49.540 --> 01:53.440 Haushaltsroboter, die den Tisch aufräumen, die die Geschirr spülen, 01:53.580 --> 01:57.380 die Teller in die Geschirrspülmaschine einräumen, das müssen wir alles 01:57.380 --> 01:58.140 noch selber machen. 01:58.440 --> 02:01.420 Wenn wir eine flexible Maschine haben wollen, die im Wesentlichen in 02:01.420 --> 02:04.980 der Lage ist, beliebige Handgriffe durchzuführen nach einer 02:04.980 --> 02:08.940 Instruktion des Menschen, da sind wir noch weit davon entfernt. 02:09.580 --> 02:12.820 Denn Humanoid heißt, wir verhalten uns menschenähnlich. 02:14.020 --> 02:17.980 Wenn wir das wollen, müssen wir auch bestimmte Kennzeichen, die der 02:17.980 --> 02:21.080 Mensch hat, der Maschine, dem Roboter übertragen. 02:21.820 --> 02:25.300 Wir müssen wir gehen, wir müssen greifen können, wir müssen tasten 02:25.300 --> 02:26.980 können, wir müssen uns bewegen können. 02:27.620 --> 02:29.900 Wir müssen dann natürlich sehen. 02:30.640 --> 02:34.280 Sehen, das heißt, ich muss aufnehmen, was in meiner Umgebung passiert. 02:34.760 --> 02:37.720 Wir müssen also immer schauen, wie ist die Umwelt tatsächlich, wie ist 02:37.720 --> 02:40.640 sie angeordnet, was können wir machen, wie können wir die 02:40.640 --> 02:43.700 Instruktionen an eine Maschine geben, dass die Maschine versteht, was 02:43.700 --> 02:44.740 wir überhaupt eigentlich wollen. 02:45.260 --> 02:49.120 Ein Roboter, der im Haushalt hilft, muss also wie ein Mensch handeln. 02:49.120 --> 02:53.700 Er muss die Welt wie ein Mensch wahrnehmen und die Anweisungen der 02:53.700 --> 02:54.780 Menschen verstehen können. 02:56.860 --> 02:59.020 Wie arbeiten die Fachbereiche zusammen? 02:59.680 --> 03:03.140 Robotik ist generell interdisziplinär, das heißt also, wir müssen 03:03.140 --> 03:07.080 verschiedenes Fachwissen und Kompetenzen aus den einzelnen Bereichen 03:07.080 --> 03:09.700 zusammenfügen, Synergien schaffen. 03:10.100 --> 03:13.500 Es ist klar, wenn wir einen Roboter bauen, müssen zunächst erstmal die 03:13.500 --> 03:15.160 Maschinenbauer ein Gerät bauen. 03:15.280 --> 03:17.440 Sie brauchen also einen Körper, der gebaut werden muss. 03:17.440 --> 03:21.520 Und all das bedeutet, dass wir die Mechanik brauchen, wir brauchen 03:21.520 --> 03:23.500 Mechatronik, wir brauchen Maschinenbau. 03:23.640 --> 03:27.000 Dann kommen die Schnittstellen zu den Sensoren, dann eben die 03:27.000 --> 03:32.220 Vorverarbeitung der Signale, die Interpretation und Deutung der 03:32.220 --> 03:32.740 Signale. 03:32.960 --> 03:36.840 Ein Roboter, der sehen muss, braucht Kameras, der hören soll, braucht 03:36.840 --> 03:39.440 Mikrofone, der braucht Arme, der braucht Füße. 03:39.680 --> 03:43.080 Und dann eben die Umsetzung in Bewegungen, in Handlungen. 03:43.080 --> 03:48.500 Damit der sich bewegt, brauchen wir Motoren, im Allgemeinen 03:48.500 --> 03:51.720 Elektromotoren, wir brauchen also die Fakultät Elektrotechnik, die 03:51.720 --> 03:52.480 dazugehört. 03:52.900 --> 03:55.880 Wir brauchen aber auf der anderen Seite auch Maschinen sehen, die 03:55.880 --> 04:00.800 automatische Verarbeitung von Bild, Video, Sprache und Akustik, die 04:00.800 --> 04:03.140 Signale, die vorverarbeitet werden müssen, die Signalverarbeitung. 04:03.900 --> 04:08.480 Wir brauchen auch Ideen von den Geistes- und Sozialwissenschaften. 04:08.600 --> 04:11.900 Wir haben also auch bei uns die Geistes- und Sozialwissenschaften, 04:12.080 --> 04:14.520 sprich das Sportinstitut, mit integriert. 04:15.420 --> 04:19.480 In der Robotik kommen also Mechatroniker, Elektrotechniker, 04:19.960 --> 04:24.580 Informatiker, Maschinenbauingenieure und sogar Sportwissenschaftler 04:24.580 --> 04:24.980 zusammen. 04:26.760 --> 04:29.140 Welche Rolle spielen die drei Hauptsäulen? 04:29.580 --> 04:32.180 Mechatronik, Lernen und Interaktion? 04:33.140 --> 04:38.020 Der Roboter und das Auto sind die Paradebeispiele für die Grundidee 04:38.020 --> 04:38.820 der Mechatronik. 04:39.340 --> 04:44.740 Die Grundidee der Mechatronik besteht darin, dass ich interdisziplinär 04:44.740 --> 04:51.040 zusammenarbeite und zwar vom Maschinenbau mit der Elektrotechnik und 04:51.040 --> 04:55.140 dann die Automatisierungstechnik und die Informatik zusammenbringe. 04:56.620 --> 04:59.880 Alle Situationen im Alltag lassen sich nicht voraussagen. 05:00.360 --> 05:03.960 Das heißt, der Roboter braucht Wissen, was er kann, was sind die 05:03.960 --> 05:07.900 Folgen seines Handelns, dass er dann also Folgen abschätzen kann. 05:08.280 --> 05:10.200 Und dann das Lernen von dem menschlichen Gehirn. 05:10.280 --> 05:11.560 Wie repräsentieren wir Wissen? 05:12.120 --> 05:13.160 Wie erkennen wir Wissen? 05:13.260 --> 05:15.420 Wie können wir automatisch lernen von dem Wissen? 05:15.420 --> 05:21.120 Ein Roboter lernt vielfältig durch Experimente, durch Versuche und 05:21.120 --> 05:21.580 Irrtum. 05:22.260 --> 05:25.100 Er kann aber belehrt werden von den Menschen oder er beobachtet 05:25.100 --> 05:27.520 Menschen bei der Ausführung von Handhabungen. 05:28.140 --> 05:32.500 Dann das Lernen von Weltwissen, Umgebungswissen, also welche 05:32.500 --> 05:36.380 Komponenten findet man in der Küche, welche Funktionen haben die 05:36.380 --> 05:36.920 Geräte. 05:37.680 --> 05:40.900 Gleichzeitig muss der Roboter den Menschen beobachten, was er tut, 05:41.400 --> 05:45.700 welche Bedürfnisse er hat, wie er reagiert, sodass der Roboter passend 05:45.700 --> 05:49.020 auf die Situation in der Umgebung eingehen kann. 05:49.460 --> 05:52.940 Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass ich im Wohnzimmer sitze und 05:52.940 --> 05:54.740 ich sage, ich habe jetzt Durst. 05:55.700 --> 05:59.000 Dann sollte der Roboter in der Lage sein, nicht einfach nur zu sagen, 05:59.640 --> 06:02.440 das ist aber nett, sondern sollte dann sagen können, soll ich 06:02.440 --> 06:05.880 vielleicht ein Bier holen oder hättest du lieber ein Glas Milch? 06:06.560 --> 06:10.480 Und diese Unterscheidung muss ja zusammenführen, zunächst mal das 06:10.480 --> 06:13.920 Verständnis dessen, was die Person gesagt hat und die implizite 06:13.920 --> 06:17.680 Anforderung oder Aufforderung, etwas zum Trinken zu holen. 06:17.900 --> 06:21.780 Wir haben, und das kann ich ohne Umstände sagen, eigentlich die beste 06:21.780 --> 06:25.280 Hand der Welt und wir sind auch bei den Beinen inzwischen so weit, 06:25.340 --> 06:28.140 dass wir sagen können, wir haben sehr gut funktionierende Beine. 06:28.140 --> 06:35.680 Und diese vier Gebiete, nämlich den Körperbauen, die Messtechnik, die 06:35.680 --> 06:40.680 Sensorik, die Steuerungsregelungstechnik, Informationsverarbeitung, 06:40.780 --> 06:45.200 Informatik und die Realisierung in der Aktorik, dass sich wieder etwas 06:45.200 --> 06:48.140 bewegen muss, das sind die vier Kerngebiete der Mechatronik. 06:48.980 --> 06:54.440 Wir nennen das Multimodalität, wenn wir verschiedene Signale 06:54.440 --> 06:55.200 zusammenführen. 06:55.300 --> 07:00.120 Wir führen also Video und Akustik, möglicherweise auch taktiles 07:00.120 --> 07:02.280 Empfinden zusammen. 07:02.660 --> 07:04.440 All das passiert in der Interaktion. 07:04.860 --> 07:08.960 Wir versuchen durch die Interaktion die Umwelt zu verstehen und den 07:08.960 --> 07:12.000 Roboter auch irgendwie sinnvoll auf diese Umwelt reagieren zu lassen. 07:13.000 --> 07:17.220 Der Roboter soll sich also an seine Umwelt anpassen und sinnvoll 07:17.220 --> 07:18.140 darauf reagieren. 07:20.320 --> 07:22.290 Was waren die größten Herausforderungen? 07:23.360 --> 07:28.300 Die größte Herausforderung in dem Sonderforschungsbereich war, dass 07:28.300 --> 07:33.460 wir die Komplizität der Mechatronik und die Integration aller 07:33.460 --> 07:35.160 Komponenten unterschätzt haben. 07:35.160 --> 07:38.860 Die größte Herausforderung bei einem solchen Roboter aus Sicht der 07:38.860 --> 07:43.040 Interaktion ist, sich mit den Unsicherheiten und der Variabilität der 07:43.040 --> 07:46.160 Umwelt und der Interaktion mit den Menschen zurechtzufinden. 07:47.320 --> 07:51.060 Wir versuchen im Wesentlichen immer zu raten, es hätte das sein können 07:51.060 --> 07:52.940 oder jenes sein können. 07:53.380 --> 07:56.140 Er hat hier vielleicht Teller gesagt oder auch Keller. 07:57.120 --> 08:00.740 Und nun lösen wir das auf, wenn wir diese Unsicherheiten repräsentiert 08:00.740 --> 08:03.220 haben, lösen wir das auf durch zusätzliches Wissen. 08:03.220 --> 08:06.960 In dem einen Satz ist Keller vielleicht plausibel, in dem anderen eher 08:06.960 --> 08:07.860 Teller plausibel. 08:08.420 --> 08:11.740 Das heißt, wir verstehen die Sätze dadurch, dass wir unterschiedliche 08:11.740 --> 08:13.160 Wissensquellen zusammenführen. 08:13.600 --> 08:17.580 Die größte Herausforderung besteht meiner Meinung nach darin, dass 08:17.580 --> 08:20.360 sich im Prinzip, und das muss man wissen bei einem solchen 08:20.360 --> 08:26.300 Sonderforschungsbereich etwa in jedem Jahr 20 bis 24 junge Leute, die 08:26.300 --> 08:31.200 die einzelnen Projekte bearbeiten, dass die zusammenkommen, dass sie 08:31.200 --> 08:35.920 kooperieren, dass sie ihre Ideen austauschen und dass sie sozusagen 08:35.920 --> 08:39.360 die Kreativität, die gerade die jungen Leute haben, wenn sie von der 08:39.360 --> 08:42.780 Schule, von der Universität kommen, dass sie die dort einbringen, 08:42.880 --> 08:46.200 damit wir wirklich auch das bauen, was sich die jungen Leute 08:46.200 --> 08:46.680 vorstellen. 08:46.680 --> 08:50.280 Einen Roboter zusammenzubauen ist also gar nicht so leicht. 08:51.420 --> 08:53.700 Zudem verhält sich die Umwelt immer wieder anders. 08:54.420 --> 08:57.600 Und letzten Endes sollen auch die jungen Studenten ihre Kreativität 08:57.600 --> 08:58.460 ausleben können. 09:01.560 --> 09:02.920 Und die Zukunft? 09:03.920 --> 09:07.720 Wenn Sie die Roboter heute sehen, sind sie noch sehr langsam. 09:08.700 --> 09:14.380 Ich denke, dass zukünftige Roboter genauer oder hochperformant sein 09:14.380 --> 09:14.760 werden. 09:15.500 --> 09:20.940 Heute werden die Sätze noch sehr betont gesprochen mit dem Roboter. 09:21.940 --> 09:23.070 Das ist teilweise Schriftsprache. 09:23.950 --> 09:32.070 Die Interaktion ist auf Zeige, Gesten, Vorführen von Greifvorgängen 09:32.070 --> 09:36.990 beschränkt, während jetzt also komplexere Handlungsketten, zum 09:36.990 --> 09:42.770 Beispiel die Reparatur eines Gerätes oder das Herstellen eines 09:42.770 --> 09:47.370 Objektes, zum Beispiel Schreinerarbeiten, einen Schrank, einen Stuhl, 09:47.430 --> 09:53.130 ein Tisch, Zimmern, nur sehr schwer und mit Aufwand eben auf die 09:53.130 --> 09:54.730 Maschine zu übertragen ist. 09:55.630 --> 09:59.870 Spannend wäre es, wenn ein Roboter von einem anderen Roboter lernt. 10:00.010 --> 10:04.290 Das heißt, dass es ein gelerntes Wissen auf eine andere Maschine 10:04.290 --> 10:04.570 überträgt. 10:04.570 --> 10:10.610 Also wenn Sie Erfahrungen austauschen, Algorithmen austauschen, auch 10:10.610 --> 10:14.770 visuelle oder perzeptive Fähigkeiten austauschen, das kann man noch 10:14.770 --> 10:20.190 steigern, indem eine große Anzahl von Robotern Informationen 10:20.190 --> 10:26.370 austauscht oder dass ganz generell Roboter im Web surfen und sich die 10:26.370 --> 10:28.630 Informationen weltweit holen, die sie brauchen. 10:29.870 --> 10:34.690 Die KIT-Serie InsideScience blickt den Wissenschaftlern des 10:34.690 --> 10:36.630 Sonderforschungsbereichs über die Schulter. 10:37.030 --> 10:40.950 Sehen Sie in weiteren Beiträgen, wie ein Roboter konstruiert wird, wie 10:40.950 --> 10:44.650 er lernt, wie er mit Menschen interagiert und welche 10:44.650 --> 10:46.930 gesellschaftlichen Aspekte diskutiert werden.