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.



  • Siemens schließt sich Semiconductor Education Alliance an

    Siemens schließt sich Semiconductor Education Alliance an

    Die Semiconductor Education Alliance hat sich zum ziel gesetzt, die Bildung im Bereich Halbleiter zu verbessern. Als neuestes Mitglied hat sich Siemens der Allianz angeschlossen.

    mehr lesen: Siemens schließt sich Semiconductor Education Alliance an

  • SpiraTec France nimmt Arbeit auf

    SpiraTec France nimmt Arbeit auf

    SpiraTec expandiert und gibt die Gründung einer französischen Tochtergesellschaft in Paris bekannt. Zudem plant das Unternehmen die Eröffnung weiterer Standorte.

    mehr lesen: SpiraTec France nimmt Arbeit auf

  • CamLine erwirbt Romaric

    CamLine erwirbt Romaric

    Der MES-Spezialist CamLine übernimmt das US-Softwareunternehmen Romaric und nimmt damit auch intralogistische Transportprozesse in den Blick.

    mehr lesen: CamLine erwirbt Romaric

  • Vorbereitungen für Motek und Bondexpo laufen

    Vorbereitungen für Motek und Bondexpo laufen

    Die Hürden der Automatisierung sinken weiter. Das will die diesjährige 42. Motek, internationale Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung, zusammen mit der 17. Bondexpo, internationale Fachmesse für Klebtechnologie, zeigen und stellen…

    mehr lesen: Vorbereitungen für Motek und Bondexpo laufen

  • Weniger Studienanfänger in Ingenieurwissenschaften

    Weniger Studienanfänger in Ingenieurwissenschaften

    Die Zahl der offenen Stellen in den Ingenieurberufen ist trotz konjunktureller Eintrübung hoch. Laut VDI Ingenieurmonitor ist die Zahl der Studienanfänger und -anfängerinnen im ersten Hochschulsemester in den Fächern Ingenieurwissenschaften…

    mehr lesen: Weniger Studienanfänger in Ingenieurwissenschaften

  • DFKI und TAIX wollen KI-Spitzenforschung fördern

    DFKI und TAIX wollen KI-Spitzenforschung fördern

    Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und das Expertennetzwerk Transatlantic AI eXchange (TAIX) planen den Aufbau einer gemeinsamen europäischen KI-Transfer- und Kooperationsbörse. Ziel dieser Partnerschaft ist es, den Transfer…

    mehr lesen: DFKI und TAIX wollen KI-Spitzenforschung fördern

  • Fraunhofer-Institute forschen an neuen Recyclingmöglichkeiten

    Fraunhofer-Institute forschen an neuen Recyclingmöglichkeiten

    Ein Großteil der täglich genutzten Verbrauchs- und Gebrauchsgegenstände besteht aus Kunststoffen, die auf Erdöl basieren. Nur etwas weniger als die Hälfte der dadurch resultierenden kunststoffhaltigen Abfälle wird in Deutschland werkstofflich…

    mehr lesen: Fraunhofer-Institute forschen an neuen Recyclingmöglichkeiten

  • Orderrückgang im Maschinen- und Anlagenbau

    Orderrückgang im Maschinen- und Anlagenbau

    Im Januar blieben die Bestellungen im Maschinen und Anlagenbau 10 Prozent unter dem Vorjahreswert. Mit Blick auf die vergangenen drei Monate ergibt sich ein ähnliches Bild.

    mehr lesen: Orderrückgang im Maschinen- und Anlagenbau

  • Forcam Enisco und Jasan Automation werden Partner

    Forcam Enisco und Jasan Automation werden Partner

    Um die eigene Präsenz in Indien auszubauen und dort ansässige Industrieunternehmen mit MES-Software zu beliefern, arbeitet Forcam Enisco künftig mit Jasan Automation zusammen.

    mehr lesen: Forcam Enisco und Jasan Automation werden Partner

  • Materialengpässe in der Industrie leicht gestiegen

    Materialengpässe in der Industrie leicht gestiegen

    Im Februar berichten wieder mehr Industrieunternehmen von Materialengpässen. Laut Ifo Institut verzeichnen vor allem Unternehmen aus der Chemischen Industrie Zuwächse.

    mehr lesen: Materialengpässe in der Industrie leicht gestiegen

  • Bosch und Microsoft erarbeiten Einsatzmöglichkeiten generativer KI im Auto

    Bosch und Microsoft erarbeiten Einsatzmöglichkeiten generativer KI im Auto

    Gemeinsam mit Microsoft will Bosch generative KI ins Auto bringen, etwa um die Sicherheit für Verkehrsteilnehmer zu erhöhen. Beide Unternehmen wollen zunächst Möglichkeiten der Zusammenarbeit ergründen.

    mehr lesen: Bosch und Microsoft erarbeiten Einsatzmöglichkeiten generativer KI im Auto

  • T-Systems ernennt Christine Knackfuß-Nikolic zur CTO

    T-Systems ernennt Christine Knackfuß-Nikolic zur CTO

    Christine Knackfuß-Nikolic wechselt von der Telekom zu T-Systems und wird dort ab März die Position der CTO übernehmen.

    mehr lesen: T-Systems ernennt Christine Knackfuß-Nikolic zur CTO