DFKI optimiert Systementwicklung mit hybrider KI und menschlichem Feedback

Robotersysteme können mithilfe von hybriden KI-Methoden und basierend auf menschlichem Feedback, das z.B. durch EEG-Messungen gewonnen wird, maßgeschneidert entwickelt und im laufenden Betrieb kontinuierlich angepasst werden.
Robotersysteme können mithilfe von hybriden KI-Methoden und basierend auf menschlichem Feedback, das z.B. durch EEG-Messungen gewonnen wird, maßgeschneidert entwickelt und im laufenden Betrieb kontinuierlich angepasst werden. – Bild: DFKI / Meltem Fischer

Die jüngsten Entwicklungen in der Robotik lassen die Vision von Robotern, die als persönliche Assistenten und Interaktionspartner für den Menschen komplexe Aufgaben übernehmen, näher rücken. Forschende des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen haben im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts M-Rock einen wichtigen Schritt in diese Richtung getan. Mit Ansätzen, die auf hybriden KI-Methoden und menschlichem Feedback basieren, ist es gelungen, die Sicherheit und Adaptivität des Roboterverhaltens deutlich zu erhöhen.

Als Teil der X-Rock-Entwicklungen am DFKI Robotics Innovation Center baut M-Rock auf den Ergebnissen der Projekte D-Rock und Q-Rock auf. Ziel ist es, Menschen ohne Fachkenntnisse in die Lage zu versetzen, maßgeschneiderte Roboter für ihre Anwendungen zu entwickeln.

Menschliches Feedback in die Systementwicklung integriert

Während in D-Rock der Aufbau einer Datenbank modularer Roboterkomponenten im Vordergrund stand, ermöglicht der in Q-Rock entwickelte Ansatz die automatische Abbildung komplexer Hard- und Softwarestrukturen auf konkretes Roboterverhalten mittels hybrider KI-Verfahren wie maschinellem Lernen und strukturellem Schlussfolgern. M-Rock erweitert diesen Ansatz durch die Integration von menschlichem Feedback, um das Verhalten nicht nur softwareseitig an die individuellen Anforderungen des Benutzenden anzupassen, sondern auch eine nachträgliche Optimierung hinsichtlich des Verhaltens und der Hardwareauswahl zu ermöglichen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Anpassung von Robotern im laufenden Betrieb und ist zudem ein Werkzeug zur Personalisierung von Roboterdesign und -verhalten.

Eine zentrale Neuerung von M-Rock ist die Kombination von explizitem Feedback, etwa in Form von Skalenbewertungen, mit implizitem Feedback wie Hirn- und Muskelaktivität (EEG- und EMG-Daten) zur automatischen Anpassung eines Roboters an die individuellen Anforderungen und Präferenzen des interagierenden Menschen. Um die Rolle des menschlichen Feedbacks zu untersuchen, führten die Bremer Forschenden vier Studien durch. Dazu zeichneten sie die EEG-Daten von Versuchspersonen auf, die einmal Fehler im kontinuierlichen Roboterverhalten und einmal in menschlichem Verhalten beobachteten. Anschließend analysierten die Forschenden die Daten hinsichtlich des so genannten fehlerbezogenen Potenzials, das im menschlichen Gehirn beim Erkennen von Fehlverhalten ausgelöst wird.

In weiteren Studien wurde sowohl implizites als auch explizites Feedback erhoben. Zum einen bei Versuchspersonen, die das Fehlverhalten einer getragenen Ellenbogenorthese wahrnahmen, zum anderen bei der Beobachtung von Fehlverhalten an einem Pendelroboter. Die Analyse der EEG-Daten zeigte in allen Studien eine hohe Genauigkeit der fehlerbezogenen Potentialerkennung. Die Forschenden konnten zeigen, dass durch implizites Feedback Fehler in Echtzeit erkannt werden können – sei es bei Robotern, menschlichen Bewegungen oder Orthesen. Dies kann wiederum vom System genutzt werden, um automatisch Anpassungen vorzunehmen, ohne dass Nutzer aktiv eingreifen müssen.

Natürliche Roboterbewegungen durch Optimal Cognitive Cores

Eine weiteres Ergebnis von M-Rock ist die Weiterentwicklung der in Q-Rock eingeführten Cognitive Cores (CCs) zu Optimal Cognitive Cores (OCCs) durch Methoden der optimalen Steuerung. OCCs ermöglichen die Generierung und Ausführung von natürlichem Verhalten für komplexe Systeme und verbessern die Interaktion mit dem Menschen durch präzise Beschreibungen der Roboteraufgaben. Sie verwenden mathematische Modelle, um bestmögliche Lösungen für komplexe Steuerungsprobleme zu finden, wobei Faktoren wie Energieverbrauch, Zeit und Sicherheit berücksichtigt werden. In Versuchen mit dem humanoiden Roboter RH5 ist es den Forschenden gelungen, mit Hilfe von OCCs erfolgreich Tanz- und Gehbewegungen zu erzeugen.

Menschliches Feedback kann zur Verbesserung der Optimal Cognitive Cores (OCCs) und damit zur Verfeinerung des Roboterverhaltens beitragen. Es wird verwendet, um Kostenfunktionen zu erstellen, die bei der Planung optimaler Trajektorien helfen. So lernt der Roboter auf der Grundlage menschlicher Bewertungen, welche Bewegungen effizient sind, und kann besser auf dynamische Umgebungen reagieren.

In zwei Szenarien evaluiert

Die in M-Rock entwickelten Technologien wurden in zwei Anwendungsszenarien evaluiert. Im ersten Szenario testeten die Forschenden den sogenannten „Assist-as-Needed“-Ansatz eines Exoskeletts, das die robotische Unterstützung individuell an die Nutzenden anpasst. Die Testpersonen führten verschiedene Armbewegungen aus, während ihre Muskelaktivität (EMG-Daten) als Feedback für ein neuronales Netz zur Vorhersage der Gelenkkräfte diente. Die Ergebnisse zeigten, dass das Exoskelett in der Lage ist, die jeweiligen Fähigkeiten der Benutzenden anhand der EMG-Daten zu bewerten und sie flexibel und individuell pro Gelenk zu unterstützen.

Im zweiten Szenario lag der Fokus auf der gemeinsamen Optimierung von Verhaltens- und Designparametern eines vierbeinigen Roboters für Sprünge und Rückwärtssalti. Optimal Cognitive Cores (OCCs) halfen dabei, die Bewegungen des Roboters an die jeweilige Aufgabe anzupassen und die optimale Morphologie auszuwählen. Tests am realen System ergaben, dass längere Oberschenkel für Vorwärtssprünge und längere Unterschenkel für Rückwärtssalti die besten Ergebnisse lieferten.



  • Arbeitsagenturen sehen zunehmende Bedeutung von Transformationsproblemen

    Arbeitsagenturen sehen zunehmende Bedeutung von Transformationsproblemen

    Der deutsche Arbeitsmarkt gerät zunehmend unter Druck. Das zeigt eine Befragung der Arbeitsagenturen, die das Institut für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung (IAB) in Studie nun ausgewertet hat.

    mehr lesen: Arbeitsagenturen sehen zunehmende Bedeutung von Transformationsproblemen

  • Automatica auf Wachstumskurs

    Automatica auf Wachstumskurs

    Die Vorbereitungen für die nächste Automatica laufen. Vom 24. bis 27. Juni 2025 bringt die Messe in sechs Hallen Industrie und Forschung zusammen und bietet einen Überblick zu aktuellen Themen…

    mehr lesen: Automatica auf Wachstumskurs

  • Cyberkriminelle nutzen Microsoft Teams als Einfallstor

    Cyberkriminelle nutzen Microsoft Teams als Einfallstor

    Die Cybersecurity-Experten von Sophos X-Ops haben eine aktive Bedrohungskampagne näher untersucht, bei der zwei verschiedene Gruppen von Bedrohungsakteuren Unternehmen infiltrieren, indem sie die Funktionalität der Office-365-Plattform missbrauchen und anschließend versuchen,…

    mehr lesen: Cyberkriminelle nutzen Microsoft Teams als Einfallstor

  • Xitaso ernennt Dr. Andreas Angerer zum Geschäftsführer und CTO

    Xitaso ernennt Dr. Andreas Angerer zum Geschäftsführer und CTO

    Der Software Engineering-Dienstleister Xitaso hat Dr. Andreas Angerer (Bild) zum Geschäftsführer und Chief Technology Officer (CTO) ernannt.

    mehr lesen: Xitaso ernennt Dr. Andreas Angerer zum Geschäftsführer und CTO

  • Cumulocity schließt Management-Buyout ab

    Cumulocity schließt Management-Buyout ab

    Cumulocity hat nun offiziell den Verkauf durch die Software AG an das Management-Team des IIoT-Spezialisten bekanntgegeben.

    mehr lesen: Cumulocity schließt Management-Buyout ab

  • Motek und Bondexpo: drei statt vier Messetage

    Motek und Bondexpo: drei statt vier Messetage

    Die 43. Motek, internationale Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung, findet zusammen mit der 18. Bondexpo, internationale Fachmesse für Klebtechnologie, vom 7.bis 9. Oktober 2025 in Stuttgart statt. Wie der Messeveranstalter…

    mehr lesen: Motek und Bondexpo: drei statt vier Messetage

  • Trends und Themen im Maschinen- und Anlagenbau

    Trends und Themen im Maschinen- und Anlagenbau

    Der Maschinen- und Anlagenbau steht vor Herausforderungen, die gleichzeitig Chancen zur Neuausrichtung von Prozessen, Geschäftsmodellen und Strukturen bieten.

    mehr lesen: Trends und Themen im Maschinen- und Anlagenbau

  • RoX – ein digitales Ökosystem für KI-basierte Robotik

    RoX – ein digitales Ökosystem für KI-basierte Robotik

    Das Verbundprojekt RoX widmet sich dem Aufbau eines digitalen Ökosystems, das den Einsatz neuer KI-basierter robotischer Systeme in praxisrelevanten Anwendungen und Branchen ermöglichen soll.

    mehr lesen: RoX – ein digitales Ökosystem für KI-basierte Robotik

  • Wie unstrukturierte Daten und KI Storage-Infrastrukturen verändert

    Wie unstrukturierte Daten und KI Storage-Infrastrukturen verändert

    Die Menge unstrukturierter Daten nimmt zu, auch weil sie als Grundlage für Applikationen mit künstlicher Intelligenz benötigt werden.

    mehr lesen: Wie unstrukturierte Daten und KI Storage-Infrastrukturen verändert

  • KI für Ergonomie am Arbeitsplatz

    KI für Ergonomie am Arbeitsplatz

    Homeoffice, flexible Arbeitsplätze und -orte sowie Videokonferenzen – in den letzten Jahren hat die Veränderung der Arbeitswelt ordentlich an Fahrt aufgenommen.

    mehr lesen: KI für Ergonomie am Arbeitsplatz

  • Absolute IT-Sicherheit ist eine Illusion, die wir nicht brauchen

    Absolute IT-Sicherheit ist eine Illusion, die wir nicht brauchen

    Der Satz „Eine hundertprozentige IT-Sicherheit gibt es nicht“ ist vielen bekannt. Doch die Frage ist: Was folgt daraus? Das erklärt Christian Koch (Bild), Senior Vice President Cybersecurity, Innovations & Business…

    mehr lesen: Absolute IT-Sicherheit ist eine Illusion, die wir nicht brauchen

  • ZVEI kommentiert die Exportbeschränkungen der Biden-Regierung auf KI-Chips

    ZVEI kommentiert die Exportbeschränkungen der Biden-Regierung auf KI-Chips

    Wolfgang Weber, Vorsitzender der ZVEI-Geschäftsführung, fordert die EU-Kommission und die kommende Bundesregierung zum Handeln auf und kommentiert die heute bekanntgewordenen Exportbeschränkungen der US-Regierung auf KI-Chips wie folgt:“Die heute verkündeten Exportbeschränkungen…

    mehr lesen: ZVEI kommentiert die Exportbeschränkungen der Biden-Regierung auf KI-Chips