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.



  • Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Auf der diesjährigen Fakuma, internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung, vom 15. bis 19. Oktober 2024 wird es neben der Ausstellung auch ein breites Rahmenprogramm geben. Erstmals wird etwa der Karriere-Freitag Teil…

    mehr lesen: Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

  • Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker hat die Position des Managing Director DACH bei IFS übernommen.

    mehr lesen: Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

  • IFS kauft Copperleaf Technologies

    IFS kauft Copperleaf Technologies

    Der schwedische Anbieter von Business-Software IFS kauft Copperleaf Technologies. Das kanadische Unternehmen bietet Analytics-Software etwa für die Investitionsplanung und soll rund eine Milliarde kanadische Dollar kosten, rund 670 Millionen Euro.

    mehr lesen: IFS kauft Copperleaf Technologies

  • Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie etabliert sind Robotik, KI, ML, Big Data und IoT in den europäischen Ländern? Und wie schneidet Deutschland im Vergleich ab? Das hat Reichelt Elektronik Menschen in Deutschland, Frankreich, Italien…

    mehr lesen: Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

  • Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Die vernetzte Fabrik, Datenräume und Automatisierung sind nur einige der Themen, die am 6. November in der Gläsernen Manufaktur Dresden im Mittelpunkt stehen. Für das Event Hub:Disrupt organisieren die Veranstalter…

    mehr lesen: Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

  • Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    IT-Technik wie künstliche Intelligenz (KI) ermöglicht es Unternehmen, ganz neue Lernarchitekturen und -landschaften zu schmieden.

    mehr lesen: Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

  • Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    KI-gestützter Identitätsbetrug kommt weltweit häufiger vor. Allein in Österreich stieg die Zahl der Deepfake-Angriffe in diesem Jahr um 119 Prozent, ergab eine KPMG Austria-Umfrage. Mit diesen drei Maßnahmen lassen sich…

    mehr lesen: Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

  • IAB-Arbeitsmarktbarometer steigt erneut

    IAB-Arbeitsmarktbarometer steigt erneut

    Trotz anhaltend schwieriger Konjunktur bleibt der Arbeitsmarkt-Indikator des IAB in Deutschland das dritte Mal leicht im Plus.

    mehr lesen: IAB-Arbeitsmarktbarometer steigt erneut

  • China will Industrieroboter exportieren

    China will Industrieroboter exportieren

    Die chinesische Regierung will künftig verstärkt Industrieroboter exportieren, um Wirtschaftswachstum herbeizuführen.

    mehr lesen: China will Industrieroboter exportieren

  • Thorsten Steger ist CCO bei Industrie Informatik

    Thorsten Steger ist CCO bei Industrie Informatik

    Der MES-Hersteller Industrie Informatik hat Thorsten Steger zum CCO ernannt.

    mehr lesen: Thorsten Steger ist CCO bei Industrie Informatik

  • Preiserwartungen gehen leicht zurück

    Preiserwartungen gehen leicht zurück

    Vor allem in der Industrie und angrenzenden Dienstleistungen wollen weniger Unternehmen ihre Preise erhöhen, hat das IFO-Institut für August 2024 errechnet. Anders sieht es für Verbraucher und Bauträger aus. Hier…

    mehr lesen: Preiserwartungen gehen leicht zurück

  • Manning leitet VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie

    Manning leitet VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie

    Vivian Manning vertritt seit dem 1. August die Interessen der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie.

    mehr lesen: Manning leitet VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie