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.



  • 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

  • Prozessdampf nachhaltiger machen

    Prozessdampf nachhaltiger machen

    Für technische Produktionsprozesse, etwa in der chemischen Industrie, kommt zur Wärmeversorgung sogenannter Prozessdampf zum Einsatz. Für die Dampferzeugung werden bisher zumeist fossile Brennstoffe verwendet. Ein Forschungsprojekt will diesen Prozess nun…

    mehr lesen: Prozessdampf nachhaltiger machen

  • Autocrypt und MicroNova arbeiten zusammen

    Autocrypt und MicroNova arbeiten zusammen

    Im Rahmen einer strategischen Partnerschaft wollen die Unternehmen Autocrypt und MicroNova Testlösungen im Bereich der automobilen Cybersicherheit entwickeln.

    mehr lesen: Autocrypt und MicroNova arbeiten zusammen

  • Mehr Rechtssicherheit für die Cybersicherheitsforschung

    Mehr Rechtssicherheit für die Cybersicherheitsforschung

    Cybersicherheitsforschende können Datenschutzvorschriften oft nicht befolgen, da sie vor Beginn einer Forschungsaktivität nicht wissen, ob und welche personenbezogenen Daten sie genau verarbeiten werden.

    mehr lesen: Mehr Rechtssicherheit für die Cybersicherheitsforschung

  • Wibu-Systems lädt zum Informationstag

    Wibu-Systems lädt zum Informationstag

    Am 20. März 2024 veranstaltet Wibu-Systems einen Informationstag zum Thema IT-Security in der Fertigung.

    mehr lesen: Wibu-Systems lädt zum Informationstag

  • Mehr als 5.000 Besucher kamen zur Maintenance

    Mehr als 5.000 Besucher kamen zur Maintenance

    Mit einem Besucherzuwachs von 25 Prozent ziehen die Veranstalter der Messen Maintenance und Pumps & Valves ein positives Fazit und wollen die Veranstaltung auch im nächsten Jahr zeitgleich ausrichten.

    mehr lesen: Mehr als 5.000 Besucher kamen zur Maintenance

  • 8 von 10 Betrugsspezialisten wollen bis 2025 generative KI einsetzen

    8 von 10 Betrugsspezialisten wollen bis 2025 generative KI einsetzen

    Generative AI könnte in den nächsten Jahren eine zentrale Rolle bei der Betrugsbekämpfung spielen. So planen 83 Prozent der Teilnehmer am Anti-Fraud Technology Benchmarking Report, die Technologie innerhalb der nächsten…

    mehr lesen: 8 von 10 Betrugsspezialisten wollen bis 2025 generative KI einsetzen

  • Zero-Trust-Konzept für 5G-Campusnetze

    Zero-Trust-Konzept für 5G-Campusnetze

    Trend Micro hat auf dem Mobile World Congress 2024 in Barcelona einen plattformbasierten Ansatz zur Absicherung von 5G-Implementierungen vorgestellt. Für solche Produkte gründete der Anbieter letztes Jahr extra die Tochtergesellschaft…

    mehr lesen: Zero-Trust-Konzept für 5G-Campusnetze

  • Konsortium will Innovationen für die Klimaneutralität beschleunigen

    Konsortium will Innovationen für die Klimaneutralität beschleunigen

    Die EU strebt bis 2050 Klimaneutralität an. Das Projekt RISEnergy (Research Infrastructure Services for Renewable Energy) soll auf dem Weg dorthin die Entwicklung von Innovationen für erneuerbare Energien bis zur…

    mehr lesen: Konsortium will Innovationen für die Klimaneutralität beschleunigen

  • Pilotprojekt erforscht Kreislaufwirtschaft in der Fahrzeugproduktion

    Pilotprojekt erforscht Kreislaufwirtschaft in der Fahrzeugproduktion

    Wie eine nachhaltige und ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft für kleine und leichte Elektrofahrzeuge bzw. Leichtkraftfahrzeuge aussehen kann, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Bergischen Universität Wuppertal sowie der Hochschule Bochum im Projekt Pilot4CircuLEV.

    mehr lesen: Pilotprojekt erforscht Kreislaufwirtschaft in der Fahrzeugproduktion