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.



  • Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President

    Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President

    Neue Position in den Niederlanden Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President Das IT-Systemhaus Bechtle verändert die Führungsstruktur und beruft Marijke Kasius zur Vice President für die Bechtle-Unternehmen in den…

    mehr lesen: Bechtle ernennt Marijke Kasius zur Vice President

  • VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus

    VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus

    Nachwuchspreis ’Digitalisierung im Maschinenbau’ VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus 30 Absolventinnen und Absolventen von Deutschen Hochschulen waren für den Nachwuchspreis ’Digitalisierung im Maschinenbau’ nominiert. Vier von ihnen wurden nun für ihre…

    mehr lesen: VDMA zeichnet Nachwuchstalente aus

  • Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck

    Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck

    Kommentar von Martin J. Krämer, KnowBe4 Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck Jüngste Ereignisse zeigen, dass Cyberkriminelle nicht nur über technisches Knowhow verfügen, sondern auch über ein grundlegendes…

    mehr lesen: Ransomware-Gruppe BlackCat setzt Opfer mit Vorschriften unter Druck

  • Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen

    Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen

    Fachkräfte für die Industrie 4.0 Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen Was können sogenannte Lernfabriken 4.0 für die Weiterbildung von Fachkräften leisten? Sehr viel – wenn Lehrkonzepte und Rahmenbedingungen stimmen. Zu…

    mehr lesen: Was Lernfabriken zur Weiterbildung beitragen

  • Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

    Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

    Blended Learning Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen Viele Unternehmen nutzen inzwischen die Digitaltechnik, um sogenannte Blended-Learning-Konzepte in ihrer Organisation zu realisieren – auch weil diese Lernform den Erwartungen der Angehörigen…

    mehr lesen: Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

  • Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

    Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

    CO2-Emissionen einlagern Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen Technologien zum Abtrennen und Speichern von CO2 (CCS) waren vor einigen Jahren für Kohlekraftwerke im Gespräch – stießen aber auf massiven…

    mehr lesen: Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

  • Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

    Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

    Zahlen des Ifo Instituts Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab Im Juni 2023 ist Stimmung der Automobilindustrie deutlich eingebrochen. Und nach Angaben des Ifo Instituts hat sich dieses Niveau bis…

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

  • Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

    Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

    Forschung- und Entwicklung Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert Der Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland hat im Jahr 2022 knapp 8,7Mrd.€ für Forschung und Entwicklung ausgegeben. Das war eine Steigerung von…

    mehr lesen: Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

  • Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

    Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

    Karl Wachtel übergibt Unternehmensführung Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer Karl Wachtel hat die Führung des PLM-Spezialisten XPLM übergeben. Seit November leitet Michael Pieper die Geschicke des Dresdner Unternehmens.

    mehr lesen: Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

  • Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

    Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

    Plus 74 Prozent in 10 Jahren Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz Etwas mehr als 4Mrd.€ hat die deutsche Industrie im Jahr 2021 im Bereich Klimaschutz investiert. Wie das Statistische Bundesamt…

    mehr lesen: Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

  • Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Die SPS in Nürnberg ist der Branchentreff für Automatisierer. Welche Trends dabei in diesem Jahr hervorstechen und was Besucher darüber hinaus erwarten können, berichtet Silke Schulz-Metzner, Vice President SPS beim…

    mehr lesen: Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

  • Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

    Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

    Zur 32. Ausgabe der SPS – Smart Production Solutions werden in 16 Messehallen mit rund 120.000m² Ausstellungsfläche mehr als 1.300 Aussteller aus der ganzen Welt erwartet. Neben Innovationen bietet der…

    mehr lesen: Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²