Maschinelles Lernen von Menschenhand

2024 08 14 ICM LAB 20 HaptXDeep IFLKIT 48
Bild: Karlsruher Institut für Technologie

Das IFL am Karlsruher Institut für Technologie und der IAS an der Universität Stuttgart entwickeln gemeinsam einen anpassungsfähigen Roboter mit Greifsystem, der menschliche Fähigkeiten durch Nachahmung erlernt. Dafür haben sie mit dem ICM-Zukunftslabor HaptXDeep eine Forschungsinfrastruktur aufgebaut, finanziert aus Mitteln des InnovationsCampus Mobilität der Zukunft. Das Labor mit dem Komplettsystem der Firma Shadow Robot befindet sich in Karlsruhe.

Programmieren von Robotern für industrielle Tätigkeiten besteht aus Coden und anschließendem Testen. Darauf folgt das Neuschreiben. So oft, bis die Maschine einen Prozess zuverlässig ausführt. Das ist langwierig. „Einen Roboter einsatzbereit zu machen, darf in Zukunft nicht mehr länger dauern, als einen neuen Mitarbeiter einzulernen“, sagt Edgar Welte, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am KIT. Um dieses Ziel zu erreichen, will das Team den Robotern menschliches Lernen beibringen. Ähnlich, wie Auszubildende von ihren Meisterinnen und Meistern lernen, soll ihr Robotergreifsystem dann von einem Operator lernen – etwa wie sie neue Werkzeuge nutzen, unterschiedliche Materialien anfassen, ganze Arbeitsschritte ausführen oder auf Veränderungen in Produktionsprozessen reagieren. „Wir setzen für unser System autonomes Imitation Learning und Deep Reinforcement Learning ein. Der Roboter lernt die Fähigkeiten durch die Interaktion mit dem Menschen intuitiv und sofort“, erklärt Junior-Professorin Rania Rayyes. Durch den Ansatz verkürzen sich neben dem ursprüngliche Programmierprozess auch Umrüstzeiten, so die Forschenden.

Kommunikation über die Daten

Im Zukunftslabor erfolgt die Kommunikation mit dem Roboter per Daten. Edgar Welte generiert diese durch seine Bewegungen mit dem HaptX-Glove und erklärt dem sechsachsigen Cobot damit, wie er sich drehen und Werkzeuge oder Werkstücke packen muss. Durch die 20 Stellmotoren kann die Shadow-Dextorous-Hand die menschliche Greifbewegungen fast exakt nachbilden. Die Drucksensoren in den mechanischen Fingern geben dem Operator direktes Feedback. Welte spürt durch kleine Luftpolster im Handschuh, sobald das Gewicht zunimmt oder das Werkzeug falsch in der Hand liegt. Fasst er nach, tut es ihm der Greifer gleich – in Echtzeit. Wie die Forschenden mitteilen, wird dies eine wichtige Funktion sein, wenn die Maschine später per KI selbstständig lernt. „Durch die unmittelbaren Korrekturen können wir die Fähigkeiten unseres Systems schnell erweitern und ersparen uns Monate an Arbeit für die Neuprogrammierungen“, erklärt Rayyes.

Das Zukunftslabor HaptXDeep hat eine Doppelfunktion. Es ist die Hardware für die Erforschung und Entwicklung der Software-gestützten Technologien und gleichzeitig der Demonstrator für deren Funktionsfähigkeit. Welte will mit seiner Promotion zum Thema ’Interactive Imitation Learning for Dexterous Manipulation’ einen Beitrag zur Entwicklung des Gesamtsystems liefern. Daneben soll es in HaptXDeep weitere Projekte zur Sensorik, alternativen Teleoperationsmethoden wie Gestenerkennung über Motion Tracking oder zur Regelung der unterschiedlichen Finger geben. Das schließt auch Kooperationen mit Unternehmen oder anderen Hochschulinstituten ein. „HaptXDeep soll in der Forschung möglichst viele Türen öffnen“, erklärt Rayyes.

In einem Kooperationsprojekt mit der Gruppe um Juniorprofessor Andrey Morozov am IAS der Universität Stuttgart wollen die Forschenden Methoden entwickeln, um die Sicherheit und die Zuverlässigkeit des anpassungsfähigen Roboters zu gewährleisten. Fehlerinjektion über digitale Zwillingen werden als Testverfahren des Systems zum Einsatz kommen, Deep-Learning-Systeme sollen dem Roboter helfen Anomalien selbst zu erkennen und damit Fehler vorherzusagen. Das Ziel: Der Roboter soll Fehler auf Basis des erlernten irgendwann auch autonom korrigieren können. Entwickelt wird dieser Teil der Software in Stuttgart und getestet im Reallabor des IFL am KIT.



  • SuperOffice schafft länderübergreifende Organisation für die DACH-Region

    SuperOffice schafft länderübergreifende Organisation für die DACH-Region

    Zum 1. Januar 2025 werden die Landesgesellschaften des CRM-Spezialisten SuperOffice in Deutschland und der Schweiz zu einer gemeinsamen Organisation zusammengeführt.

    mehr lesen: SuperOffice schafft länderübergreifende Organisation für die DACH-Region

  • Sind Unternehmen überfordert, das Potenzial neuer Technologien zu bewerten?

    Sind Unternehmen überfordert, das Potenzial neuer Technologien zu bewerten?

    Viele Unternehmen tun sich bei der Übernahme innovativer Technologien sehr schwer. So haben laut einer Untersuchung der Managementberatung Detecon 64 Prozent der dafür befragten Unternehmen Schwierigkeiten, das Potenzial neuer Technologien…

    mehr lesen: Sind Unternehmen überfordert, das Potenzial neuer Technologien zu bewerten?

  • T.Con eröffnet neues Büro

    T.Con eröffnet neues Büro

    Der Standort Regensburg von T.Con hat ein neues Büro im Gewerbepark eröffnet.

    mehr lesen: T.Con eröffnet neues Büro

  • Honeywell nennt Trends für Führungskräfte

    Honeywell nennt Trends für Führungskräfte

    Die Honeywell-Experten Lucian Boldea, CEO und President von Honeywell Industrial Automation, und Billal Hammoud, CEO und President von Honeywell Building Automation, nennen Themen, die Entscheidungsträger im Jahr 2025 auf ihrer…

    mehr lesen: Honeywell nennt Trends für Führungskräfte

  • Auch im Darknet ist Black Week

    Auch im Darknet ist Black Week

    Das Darknet ist auch ein eCommerce-Marktplatz. Kriminelle suchen in der Black Week nach Abnehmern und versuchen, sie mit Rabatten für sich zu gewinnen.

    mehr lesen: Auch im Darknet ist Black Week

  • VDMA zeichnet Abschlussarbeiten junger Talente aus

    VDMA zeichnet Abschlussarbeiten junger Talente aus

    Gemeinsam mit der Abteilung Bildung des VDMA würdigt der VDMA Software und Digitalisierung exzellente Absolventinnen und Absolventen zum achten Mal mit dem Nachwuchspreis „Digitalisierung im Maschinenbau“.

    mehr lesen: VDMA zeichnet Abschlussarbeiten junger Talente aus

  • Facturee zeigt, wo „Should Costing“ an Grenzen stößt

    Facturee zeigt, wo „Should Costing“ an Grenzen stößt

    Die Methode ‚Should Costing‘ wird oft als Ansatz beworben, um die Beschaffungskosten bei Zeichnungsteilen so günstig wie möglich zu gestalten.

    mehr lesen: Facturee zeigt, wo „Should Costing“ an Grenzen stößt

  • SPS-Programmierung per App erweitern

    SPS-Programmierung per App erweitern

    SPS-Programmierung ist etwas für Spezialistinnen und Spezialisten. Die Möglichkeiten sind beschränkt und die Oberflächen meist älter. Einige Unternehmen bieten bereits Apps an, um den Funktionsumfang zu erweitern, allerdings nur passend…

    mehr lesen: SPS-Programmierung per App erweitern

  • Leiterplatten mit künstlicher Intelligenz prüfen

    Leiterplatten mit künstlicher Intelligenz prüfen

    Die Qualitätsprüfung während der Herstellung von Leiterplatten zu optimieren, haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Bergischen Universität Wuppertal zum Ziel gesetzt.

    mehr lesen: Leiterplatten mit künstlicher Intelligenz prüfen

  • PTC, Microsoft und Volkswagen entwickeln KI-Copiloten

    PTC, Microsoft und Volkswagen entwickeln KI-Copiloten

    PTC, Microsoft und die Volkswagen Group wollen zusammenzuarbeiten, um einen Generative-KI-Copiloten zu entwickeln, auf Basis der ALM-Software (Application Lifecycle Management) Codebeamer von PTC.

    mehr lesen: PTC, Microsoft und Volkswagen entwickeln KI-Copiloten

  • Beschäftigte leisten so wenige Überstunden wie noch nie

    Beschäftigte leisten so wenige Überstunden wie noch nie

    Die bezahlten und unbezahlten Überstunden je Arbeitnehmer sind seit der Pandemie um mehr als ein Drittel gefallen.

    mehr lesen: Beschäftigte leisten so wenige Überstunden wie noch nie

  • ‚123456‘ ist das beliebteste Passwort

    ‚123456‘ ist das beliebteste Passwort

    Das beliebteste Passwort in Deutschland ist die Ziffernfolge ‚123456‘, auf Platz 2 folgt das englische ‚password‘.

    mehr lesen: ‚123456‘ ist das beliebteste Passwort