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.



  • Konsortium für Quantencomputing gegründet

    Konsortium für Quantencomputing gegründet

    Mit dem QUTAC haben sich zehn Unternehmen in einem Konsortium zusammengeschlossen um industrielle Anwendungen für Quantencomputing zu entwickeln.

    mehr lesen: Konsortium für Quantencomputing gegründet

  • Remote Work in der Fertigungsindustrie

    Remote Work in der Fertigungsindustrie

    Okta hat im Rahmen einer Studie ermittelt, wie Arbeitnehmer künftig arbeiten wollen. Demnach möchten sie ihr Arbeitsmodell zukünftig selbst wählen. Einige glauben jedoch nicht, dass ihr Arbeitgeber ihnen diese Flexibilität…

    mehr lesen: Remote Work in der Fertigungsindustrie

  • Siemens kauft Nextflow Software

    Siemens kauft Nextflow Software

    Transiente Strömungssimulation mit Simcenter Siemens kauft Nextflow Software Siemens erwirbt das französische Startup Nextflow Software. Durch die Integration deren CFD-Technologie ins Xcelerator-Portfolio sollen Anwender komplexe Applikationen mit transienten Strömungen und…

    mehr lesen: Siemens kauft Nextflow Software

  • Bundestag beschließt Unternehmensbasisregister

    Bundestag beschließt Unternehmensbasisregister

    Unternehmen sind in Deutschland in unterschiedlichen Registern erfasst, zwischen denen Daten selten oder gar nicht ausgetauscht werden. Mit dem nun beschlossenen Basisregister müssen Unternehmen ihre Daten künftig nur noch einmal…

    mehr lesen: Bundestag beschließt Unternehmensbasisregister

  • BSI eröffnet Stützpunkt in Saarbrücken

    BSI eröffnet Stützpunkt in Saarbrücken

    Am neuen BSI-Stützpunkt in Saarbrücken will das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtung seine Arbeit im Bereich künstliche Intelligenz ausbauen.

    mehr lesen: BSI eröffnet Stützpunkt in Saarbrücken

  • Kaspersky schickt Führungskräfte in virtuelles Kraftwerk

    Kaspersky schickt Führungskräfte in virtuelles Kraftwerk

    Mit einer VR-Version seines Simulationsspiels Interactive Protection Simulation will Kaspersky Führungskräften Knowhow darüber vermitteln, welchen Einfluss Entscheidungen auf die Cybersicherheit haben können.

    mehr lesen: Kaspersky schickt Führungskräfte in virtuelles Kraftwerk

  • Matthias Haas ist neuer Geschäftsführer bei Igel

    Matthias Haas ist neuer Geschäftsführer bei Igel

    Gemeinsam mit CEO Jed Ayres leitet CTO Matthias Haas zukünftig die Geschicke der Igel Technology GmbH.

    mehr lesen: Matthias Haas ist neuer Geschäftsführer bei Igel

  • AutoID-Märkte stehen wieder besser da

    AutoID-Märkte stehen wieder besser da

    Der Industrieverband AIM-D befragt seine Mitglieder halbjährlich nach ihrer Sicht auf die allgemeine Geschäfts- und Marktentwicklung sowie die Entwicklung der AutoID-Märkte. In der aktuellen Umfrage schlägt erneut die Pandemie zu…

    mehr lesen: AutoID-Märkte stehen wieder besser da

  • Sales-Transformation schreitet nur langsam voran

    Sales-Transformation schreitet nur langsam voran

    Trotz steigender Kundenerwartungen an ein digitales Einkaufserlebnis sind Industrieunternehmen bei der Umsetzung oft zurückhaltend. Laut einer Accenture-Studie planen nur etwa 14 Prozent der deutschen Unternehmen, ihre digitalen Vertriebsfähigkeiten innerhalb der…

    mehr lesen: Sales-Transformation schreitet nur langsam voran

  • Produktionserwartungen sinken, bleiben aber auf hohem Niveau

    Produktionserwartungen sinken, bleiben aber auf hohem Niveau

    Die Produktionserwartungen der deutschen Industrie haben sich auf hohem Niveau etwas verschlechtert. Der Indikator sank im Mai auf 27 Punkte, nach 32 im April. Das geht aus der aktuellen Konjunkturumfrage…

    mehr lesen: Produktionserwartungen sinken, bleiben aber auf hohem Niveau

  • Videoschulung für Fach- und Führungskräfte

    Videoschulung für Fach- und Führungskräfte

    Um Fach- und Führungskräften aus dem produzierenden Gewerbe eine fundierte Grundlage in Sachen künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML) zu vermitteln, stellen die Fraunhofer Institute IOSB und ICT sowie…

    mehr lesen: Videoschulung für Fach- und Führungskräfte

  • Pandemie erhöht den Druck auf IT-Architekten

    Pandemie erhöht den Druck auf IT-Architekten

    Eine Umfrage von Couchbase, einem Plattform-Anbieter für Datenmanagement, zeigt, dass IT-Architekten während der Corona-Pandemie mehr als dreimal so stark unter Druck stehen wie vorher. Die Ursachen dafür liegen laut Studie…

    mehr lesen: Pandemie erhöht den Druck auf IT-Architekten