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.



  • VDMA: -7% für europäische Bildverarbeitungsindustrie

    VDMA: -7% für europäische Bildverarbeitungsindustrie

    Basierend auf den neuesten VDMA-Umfragen, verzeichnete die europäische Bildverarbeitungsindustrie 2023 einen Umsatzrückgang von 7%. Die VDMA Fachabteilung Machine Vision rechnet mit einem weiteren Umsatzrückgang von 3% für das laufende Jahr.

    mehr lesen: VDMA: -7% für europäische Bildverarbeitungsindustrie

  • Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

    Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

    Manufacturing-X ist vielen Unternehmen zwar ein Begriff. Allerdings haben sich bisher die meisten Industrieunternehmen noch nicht näher mit dem Datenökosystem befasst.

    mehr lesen: Industrie noch zurückhaltend bei Manufacturing-X

  • 159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

    159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

    Die Zahl der offenen Stellen in Ingenieurberufen bewegt sich im vierten Quartal 2023 weiter auf hohem Niveau. Besonders Berufsfelder mit Klimaschutz- und Digitalisierungsbezug weisen im aktuellen VDI/IW-Ingenieurmonitor eine hohe Engpasskennziffer…

    mehr lesen: 159.000 offene Stellen in Ingenieurberufen

  • Infosys übernimmt In-tech

    Infosys übernimmt In-tech

    In-Tech wird Teil von Infosys. Dies gaben die Unternehmen am Donnerstag bekannt. Der Abschluss der Übernahme wird für das zweite Quartal 2024 erwartet.

    mehr lesen: Infosys übernimmt In-tech

  • Materialverfügbarkeit nähert sich dem Vor-Corona-Niveau

    Materialverfügbarkeit nähert sich dem Vor-Corona-Niveau

    Die deutsche Industrie hat kaum noch mit Materialknappheit zu kämpfen. Laut Ifo Institut bewegt sich die Materialverfügbarkeit in Richtung Vor-Corona-Niveau.

    mehr lesen: Materialverfügbarkeit nähert sich dem Vor-Corona-Niveau

  • KI mit synthetischen Daten anlernen

    KI mit synthetischen Daten anlernen

    Technologien auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) benötigen Trainingsdaten. Diese zügig und in ausreichender Stückzahl zu generieren, stellt Anwender in der verarbeitenden Industrie oft vor Herausforderungen. Das Fraunhofer IGD arbeitet daher…

    mehr lesen: KI mit synthetischen Daten anlernen

  • 11,5 Tage Produktionsverlust durch ineffiziente Kommunikation

    11,5 Tage Produktionsverlust durch ineffiziente Kommunikation

    Ineffiziente Kommunikation im Unternehmen führt laut einer Studie von Grammarly zu einem Produktionsverlust von mehr als 11 Tagen pro Jahr. Die dafür befragten Fachkräfte berichten zudem, dass sie einen große…

    mehr lesen: 11,5 Tage Produktionsverlust durch ineffiziente Kommunikation

  • Warum menschenähnliche Chatbots anders beleidigt werden

    Warum menschenähnliche Chatbots anders beleidigt werden

    Virtuelle Assistenten, sogenannte Chatbots, kommen auf vielen Unternehmenswebseiten zum Einsatz. Eine Studie der TU Dresden hat untersucht, ob Fehler von Chatbots zu aggressivem Verhalten bei ihren Nutzerinnen und Nutzern führen…

    mehr lesen: Warum menschenähnliche Chatbots anders beleidigt werden

  • Valantic und Forcam Enisco vereinbaren strategische Partnerschaft

    Valantic und Forcam Enisco vereinbaren strategische Partnerschaft

    Das Beratungs- und Software-Haus Valantic und der Softwarespezialist Forcam Enisco mit Sitz in Böblingen haben eine strategische Partnerschaft geschlossen. Schwerpunkt der Kooperation soll auf Vernetzungs- und Analyse-Produkten für Fertiger liegen.

    mehr lesen: Valantic und Forcam Enisco vereinbaren strategische Partnerschaft

  • Baustart für neues MPDV-Gebäude in Mosbach

    Baustart für neues MPDV-Gebäude in Mosbach

    Am Unternehmenssitz in Mosbach errichtet MPDV ein neues Bürogebäude. Auf 2.800m² sollen 170 Arbeitsplätze entstehen. Zudem wird die MPDV-Junior-Akademie dort Räumlichkeiten beziehen.

    mehr lesen: Baustart für neues MPDV-Gebäude in Mosbach

  • Achema 2024 mit Angeboten für Nachwuchskräfte

    Achema 2024 mit Angeboten für Nachwuchskräfte

    Im Mittelpunkt des Achema-Auftakts am 10. Juni steht die Frage, wie sich die Prozessindustrie in einer Welt im Wandel erfolgreich positionieren kann. An allen fünf Messetagen sollen zudem zahlreiche Angebote…

    mehr lesen: Achema 2024 mit Angeboten für Nachwuchskräfte

  • Weniger deutsche Unternehmen abhängig von Vorprodukten aus China

    Weniger deutsche Unternehmen abhängig von Vorprodukten aus China

    Im Vergleich zu einer Untersuchung kurz vor Beginn Kriegs in der Ukraine, geben in einer aktuellen Untersuchung des Ifo Instituts weniger Unternehmen an, auf Vorprodukte aus China angewiesen zu sein.

    mehr lesen: Weniger deutsche Unternehmen abhängig von Vorprodukten aus China