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.



  • ProAlpha übernimmt CP

    ProAlpha übernimmt CP

    ProAlpha erweitert sein ERP-Portfolio um die Lösungen von CP Corporate Planning. Das Hamburger Unternehmen wird somit Teil der ProAlpha-Gruppe.

    mehr lesen: ProAlpha übernimmt CP

  • Einführung & Migration zu SAP S/4Hana

    Einführung & Migration zu SAP S/4Hana

    Am 29. und 30. Juni widmet sich die Online-Veranstaltung ‚Einführung & Migration zu SAP S/4Hana‘ den Möglichkeiten der SAP-Software-Suite.

    mehr lesen: Einführung & Migration zu SAP S/4Hana

  • Partnerschaft zwischen Cosmo Consult und PAF

    Partnerschaft zwischen Cosmo Consult und PAF

    Die Cosmo Consult-Gruppe und die Process Analytics Factory haben eine Kooperationsvereinbarung getroffen. Dadurch vertreibt das Software- und Beratungsunternehmen zukünftig die Process Mining-Lösung PAFnow.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Cosmo Consult und PAF

  • Per Software zum passenden Fabriklayout

    Per Software zum passenden Fabriklayout

    Eine Open-Source-Software namens MeFaP, die am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) entwickelt wurde, ermöglicht es in kurzer Zeit Fabriklayouts zu erstellen. Die Software entstand im Rahmen des gleichnamigen Forschungsprojekts.

    mehr lesen: Per Software zum passenden Fabriklayout

  • Kategorisierung von Clouddaten schützt vor Risiken

    Kategorisierung von Clouddaten schützt vor Risiken

    Die Kategorisierung von Clouddaten – also welche Daten in der Cloud verarbeitet werden sollen und welche nicht – kann besonders für unternehmenskritische Daten wichtig sein.

    mehr lesen: Kategorisierung von Clouddaten schützt vor Risiken

  • VDMA veröffentlicht Security-Leitfaden

    VDMA veröffentlicht Security-Leitfaden

    Ein neuer Leitfaden des VDMA unterstützt Maschinen- und Anlagenbauer bei der Security in Betriebsprozessen und der Resilienz der Produkte gegen Cyberangriffe und andere IT-induzierte Schäden im Unternehmen.

    mehr lesen: VDMA veröffentlicht Security-Leitfaden

  • Cybersecurity-Startup gesucht

    Cybersecurity-Startup gesucht

    In eine neue Runde geht der UP21@it-sa Award für Cybersecurity-Startups aus der DACH Region. Er bietet jungen Unternehmen die Chance, sich in Speed-Pitches vor Fachpublikum, Experten und Investoren zu bewähren…

    mehr lesen: Cybersecurity-Startup gesucht

  • Covid-19-bedingte Cyberkriminalität stark gestiegen

    Covid-19-bedingte Cyberkriminalität stark gestiegen

    NTT hat kürzlich seinen Global Threat Intelligence Report 2021 veröffentlicht. Der Bericht zeigt, dass Hacker die derzeitige Ausnahmesituation ausnutzen, indem sie wichtige Branchen und gängige Schwachstellen aus der Umstellung auf…

    mehr lesen: Covid-19-bedingte Cyberkriminalität stark gestiegen

  • IT-Sicherheitsgesetz nur mit ‚fragwürdigem Mehrwert‘?

    IT-Sicherheitsgesetz nur mit ‚fragwürdigem Mehrwert‘?

    Der Digitalverband Bitkom kritisierte das neu verabschiedete IT-Sicherheitsgesetz 2.0 der deutschen Bundesregierung als „eine Kombination aus technischer Zertifizierungsmaschinerie und politisch-regulatorischem Gutdünken mit fragwürdigem Mehrwert für die IT-Sicherheit“.

    mehr lesen: IT-Sicherheitsgesetz nur mit ‚fragwürdigem Mehrwert‘?

  • Firewall für Automatisierungsnetzwerke

    Firewall für Automatisierungsnetzwerke

    Die Firewall SecurityBridge gewährleistet laut Hersteller Pilz ab sofort auch die Überwachung der Datenkommunikation beliebiger weiterer Netzwerkteilnehmer außerhalb der Pilz-Produktfamilie.

    mehr lesen: Firewall für Automatisierungsnetzwerke

  • Alltrotec blickt auf 30+1 Jahre zurück

    Alltrotec blickt auf 30+1 Jahre zurück

    Eigentlich sollte zum 30-jährigen Bestehen bereits im vergangenen Jahr gefeiert werden, jedoch hat die Corona-Pandemie einen Strich durch die Rechnung gemacht.

    mehr lesen: Alltrotec blickt auf 30+1 Jahre zurück

  • Zweistelliges Wachstum im März

    Zweistelliges Wachstum im März

    Im März haben die deutschen Maschinen- und Anlagenbauer ihre Maschinenexporte im Vergleich zum Vorjahr um rund 13 Prozent gesteigert, was jedoch auch der niedrigen Vergleichsbasis aus dem Vorjahr geschuldet ist.

    mehr lesen: Zweistelliges Wachstum im März