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.



  • Partnerschaft zwischen Photocentric und CoreTechnologie

    Partnerschaft zwischen Photocentric und CoreTechnologie

    Im Rahmen einer Partnerschaft wollen der Softwareanbieter CoreTechnologie und der Druckmaschinenhersteller Photocentric gemeinsame Lösungen anbieten.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Photocentric und CoreTechnologie

  • Personelle Veränderungen bei Robert Bosch

    Personelle Veränderungen bei Robert Bosch

    Zum Jahreswechsel kommt es bei der Robert Bosch GmbH zu einigen personellen Veränderungen. U.a. verabschiedet sich Aufsichtsratschef Franz Fehrenbach in den Ruhestand.

    mehr lesen: Personelle Veränderungen bei Robert Bosch

  • Transition Technologies PSC eröffnet deutsche Niederlassung

    Transition Technologies PSC eröffnet deutsche Niederlassung

    Transition Technologies PSC eröffnet als Spezialist im Bereich der digitalen Transformation einen Firmensitz in Deutschland. Die Leitung übernimmt Stefan Zeiler.

    mehr lesen: Transition Technologies PSC eröffnet deutsche Niederlassung

  • Karten spielen und Werkzeug- und Formenbau lernen

    Karten spielen und Werkzeug- und Formenbau lernen

    Studierende und Auszubildende im Bereich Werkzeug- und Formenbau lernen mit einem Kartenspiel spielerisch die Grundlagen ihres Fachs.

    mehr lesen: Karten spielen und Werkzeug- und Formenbau lernen

  • Partnerschaft zwischen Senseye und PTC

    Partnerschaft zwischen Senseye und PTC

    Im Zuge einer Partnerschaft zwischen Senseye und PTC soll die Predictive Maintenance-Lösung von Senseye über die PTC IIoT-Plattform ThingWorx zur Verfügung stehen.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Senseye und PTC

  • Manipulation durch Microsoft-signierte Malware

    Manipulation durch Microsoft-signierte Malware

    Eine als Netzwerktreiber getarnte Schadesoftware ermöglicht Hackern die Manipulation des Datenverkehrs. Dabei trägt die Schadsoftware ein gültiges Microsoft-Zertifikat.

    mehr lesen: Manipulation durch Microsoft-signierte Malware

  • Datenerfassung über die Stromzufuhr

    Datenerfassung über die Stromzufuhr

    Ein Forschungsteam vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat ein Monitoringsystem für den niederschwelligen Einstieg in die digitale Produktion entwickelt. Damit können alten Bestandsmaschinen Daten entlockt werden. IT-Fachkenntnisse und…

    mehr lesen: Datenerfassung über die Stromzufuhr

  • Exportbetriebe nicht stärker von der Pandemie betroffen

    Exportbetriebe nicht stärker von der Pandemie betroffen

    Knapp die Hälfte der exportierenden privatwirtschaftlichen Betriebe in Deutschland hat seit Beginn der Pandemie einen Rückgang ihrer Ausfuhren verzeichnet. Dennoch schätzen exportierende Betriebe im Schnitt ihre Geschäftslage nicht stärker negativ…

    mehr lesen: Exportbetriebe nicht stärker von der Pandemie betroffen

  • Cybercrime in Deutschland

    Cybercrime in Deutschland

    Schon seit Jahren ist zu beobachten, dass die Bedrohung durch Cyberkriminelle kontinuierlich zunimmt. Allein im Vorjahr wurden nach Angaben des Bundeskriminalamts (BKA) fast 110.000 Cyberattacken in Deutschland registriert. Das sind…

    mehr lesen: Cybercrime in Deutschland

  • Schutz von Industrieunternehmen

    Schutz von Industrieunternehmen

    Industrielle Netzwerke sind äußerst unterschiedlich. Entsprechend benötigen Unternehmen effektive Cybersicherheitslösungen, die sich auf die individuellen Anforderungen abstimmen lassen und sich mit ihren Zielen weiterentwickeln können, ohne ihre Infrastruktur oder ihr…

    mehr lesen: Schutz von Industrieunternehmen

  • IT-Dienstleister steigern Umsatz

    IT-Dienstleister steigern Umsatz

    Das Marktforschungsunternehmen Lünendonk & Hossenfelder hat im Rahmen der Studie ’Der Markt für IT-Beratung und IT-Services in Deutschland’ 83 IT-Dienstleister in Deutschland analysiert. Demnach konnten 65 Prozent von ihnen ihren…

    mehr lesen: IT-Dienstleister steigern Umsatz

  • Neuer Bedrohungsakteur PuzzleMaker

    Neuer Bedrohungsakteur PuzzleMaker

    Bereits im April entdeckten Kaspersky-Experten eine Reihe extrem zielgerichteter Cyberattacken gegen mehrere Unternehmen, die zuvor unentdeckte Google-Chrome- und Microsoft-Windows-Zero-Day-Exploits nutzten.

    mehr lesen: Neuer Bedrohungsakteur PuzzleMaker