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.



  • Körber Supply Chain Software übernimmt MercuryGate

    Körber Supply Chain Software übernimmt MercuryGate

    Körber Supply Chain Software, ein Joint Venture von Körber und KKR und Anbieter von End-to-End Supply-Chain-Software schließt die Übernahme von MercuryGate International, einem Anbieter von Transportmanagementsystemen (TMS), ab.

    mehr lesen: Körber Supply Chain Software übernimmt MercuryGate

  • FMB-Veranstalter rücken Nachhaltigkeit in den Fokus

    FMB-Veranstalter rücken Nachhaltigkeit in den Fokus

    Die FMB steht in den Startlöchern und aktuell (Stand Anfang September) sind mehr als 350 Aussteller zur Messe von 5. bis 7. November 2024 angemeldet.

    mehr lesen: FMB-Veranstalter rücken Nachhaltigkeit in den Fokus

  • Fragmentierte Regulierung: Verpasst die EU den Anschluss im KI-Zeitalter?

    Fragmentierte Regulierung: Verpasst die EU den Anschluss im KI-Zeitalter?

    Vertreter aus Wirtschaft, Forschung und Technologie – darunter auch Börje Ekholm, Präsident und CEO des 5G- und Mobilfunkausrüsters Ericsson – haben einen offenen Brief unterzeichnet, in dem die Unterzeichnenden die…

    mehr lesen: Fragmentierte Regulierung: Verpasst die EU den Anschluss im KI-Zeitalter?

  • DFKI optimiert Systementwicklung mit hybrider KI und menschlichem Feedback

    DFKI optimiert Systementwicklung mit hybrider KI und menschlichem Feedback

    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.

    mehr lesen: DFKI optimiert Systementwicklung mit hybrider KI und menschlichem Feedback

  • Wie steht es um Quantentechnologie aus Deutschland?

    Wie steht es um Quantentechnologie aus Deutschland?

    Deutschland hat bei der Forschung zu Quantentechnologien eine weltweite Vorreiterrolle und kann führend in der Entwicklung und Anwendung von Quantum Computing werden.

    mehr lesen: Wie steht es um Quantentechnologie aus Deutschland?

  • Online-Vorschau zur It-sa Expo&Congress

    Online-Vorschau zur It-sa Expo&Congress

    Am 8. Oktober, zwei Wochen vor der It-sa Expo&Congress (22. bis 24. Oktober), findet der Digital Preview Day statt. Das digitale Event bietet Fachvorträge und Präsentationen von Ausstellern. Der Digital…

    mehr lesen: Online-Vorschau zur It-sa Expo&Congress

  • Eine Forschungsinfrastruktur für digitale Zwillinge

    Eine Forschungsinfrastruktur für digitale Zwillinge

    1,66Mio.€ für die Entwicklung digitaler Zwillinge: Durch die erfolgreiche Beteiligung an einem landesweiten Wettbewerb stehen für das Projekt Explore in den kommenden drei Jahren Fördermittel bereit, um eine standortübergreifende Forschungsinfrastruktur…

    mehr lesen: Eine Forschungsinfrastruktur für digitale Zwillinge

  • Servicequalität der ERP-Anbieter in der Kritik

    Servicequalität der ERP-Anbieter in der Kritik

    Viele Unternehmen steuern mit ERP-Systemen ihre wichtigsten Geschäftsprozesse.

    mehr lesen: Servicequalität der ERP-Anbieter in der Kritik

  • Eclipse Foundation gründet Open Regulatory Compliance Working Group

    Eclipse Foundation gründet Open Regulatory Compliance Working Group

    Die Eclipse Foundation, eine der weltweit größten Open-Source-Foundations, hat die Open Regulatory Compliance Working Group (ORC WG) ins Leben gerufen.

    mehr lesen: Eclipse Foundation gründet Open Regulatory Compliance Working Group

  • Deutschland mit gutem Innovationssystem aber Schwächen in digitaler Infrastruktur

    Deutschland mit gutem Innovationssystem aber Schwächen in digitaler Infrastruktur

    Angesichts des deutschen Abschneidens beim diesjährigen Global Innovation Index hat die Präsidentin des Deutschen Patent- und Markenamts (DPMA), Eva Schewior, zu mehr Dynamik bei der Sicherung der Innovationsfähigkeit in Deutschland…

    mehr lesen: Deutschland mit gutem Innovationssystem aber Schwächen in digitaler Infrastruktur

  • Peter Leibinger als neuer BDI-Präsident vorgeschlagen

    Peter Leibinger als neuer BDI-Präsident vorgeschlagen

    Nach zwei Amtszeiten als BDI-Präsident wird Siegfried Russwurm am Jahresende das Amt satzungsgemäß abgeben.

    mehr lesen: Peter Leibinger als neuer BDI-Präsident vorgeschlagen

  • Neue Höchstzahl an Industrierobotern in Deutschland

    Neue Höchstzahl an Industrierobotern in Deutschland

    Die deutsche Wirtschaft hat 28.355 neue Industrieroboter installiert – ein neues Allzeithoch: 2023 stieg der Absatz um 7 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Der operative Bestand erreichte den neuen europäischen…

    mehr lesen: Neue Höchstzahl an Industrierobotern in Deutschland