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.



  • Mehr Resilienz durch Digital Workplace

    Mehr Resilienz durch Digital Workplace

    In einer Studie von Campana & Schott geben zwei Drittel der Befragten an, dass digitale Arbeitsplätze Resilienz und Effizienz steigern. Fast die Hälfte der Studienteilnehmer hat bereits solche Arbeitsplätze eingeführt.

    mehr lesen: Mehr Resilienz durch Digital Workplace

  • Forschung am digitalen Zwilling

    Forschung am digitalen Zwilling

    Das Projekt IoT4DigitalTwin ist Teil der europäischen Initiative IoT4Industry im Rahmen des Programms Horizon 2020. Geprom Connecting Inustries und Gefasoft GmbH haben ein Konsortium gebildet mit dem Ziel, einen digitalen…

    mehr lesen: Forschung am digitalen Zwilling

  • Python-Anwendungen plattformunabhängig schützen

    Python-Anwendungen plattformunabhängig schützen

    Wibu-Systems hat sein Portfolio erweitert, sodass Hersteller ihre Python-Anwendungen einfach und flexibel plattformunabhängig mit CodeMeter schützen können.

    mehr lesen: Python-Anwendungen plattformunabhängig schützen

  • Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

    Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

    2019 hat sich die Open Industry 4.0 Alliance auf der Hannover Messe gegründet. Das mittlerweile 74 Mitglieder umfassende Konsortium stellt zur diesjährigen Messe einen eigenen App Store vor.

    mehr lesen: Open Industry 4.0 Alliance stellt App Store vor

  • Formnext-Veranstalter planen hybride Messe

    Formnext-Veranstalter planen hybride Messe

    Im November steht industrieller 3D-Druck in Frankfurt im Fokus. Dann öffnet die Formnext ihre Tore — als Präsenzveranstaltung. Zusätzlich ist ein digitales Angebot geplant.

    mehr lesen: Formnext-Veranstalter planen hybride Messe

  • Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

    Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

    In einer aktuellen Deloitte-Studie betrachten 86 Prozent der deutschen Technologiekonzerne Nachhaltigkeit als einen wichtigen Bestandteil ihrer Geschäftstätigkeit. Jedoch nehmen etwa zwei Drittel der darin befragten Unternehmen eine Diskrepanz zwischen Anspruch…

    mehr lesen: Wie nachhaltig ist die deutsche Technologie-Branche?

  • Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

    Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

    Das Beratungsunternehmen Techconsult hat gemeinsam mit Gridscale untersucht, wie mittelständische Unternehmen die Modernisierung ihrer IT-Infrastrukturen vorantreiben. Die daraus resultierende Studie gibt Einblicke, mit welchen Herausforderungen sich die Unternehmen bei ihrer…

    mehr lesen: Hyperkonvergente Infrastrukturen mit Potenzial für den Mittelstand

  • Gesamtkonzept für mehr Resilienz

    Gesamtkonzept für mehr Resilienz

    Entwicklungen wie der Klimawandel oder die Digitalisierung haben das Thema Resilienz in die öffentliche Diskussion gerückt. Durch die Corona-Pandemie wird diese neu auf die Probe gestellt. Fraunhofer-Forscher haben nun ein…

    mehr lesen: Gesamtkonzept für mehr Resilienz

  • Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

    Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

    Für das laufende Jahr geht das Ifo Institut von einem wirtschaftlichen Wachstum von 3,7 Prozent aus. Damit zeigen sich die Forscher pessimistischer als noch im Dezember.

    mehr lesen: Ifo Institut erwartet geringeres Wachstum

  • Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

    Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

    Rhebo hat sich der Partnerwelt ctrlX World von Bosch Rexroth angeschlossen. So setzt Rhebo auf ctrlX Automation als Integrationsplattform und zusätzlichen Marktplatz für ihre industriellen Monitoring-Lösungen, die sowohl für die…

    mehr lesen: Rhebo integriert Apps für Cybersecurity

  • Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

    Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

    Modulare Anlagen werden in der Fertigungs- und Verfahrenstechnik vermehrt eingesetzt. Die Planungszeit neuer Anlagen und Umbauarbeiten sollen so beschleunigt werden, um Stillstände beziehungsweise die Time-to-Market zu verkürzen.

    mehr lesen: Alarmmanagement in modularen Automatisierungssystemen

  • Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen

    Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen

    Die EU-Kommission plant umfassende Auflagen zur Vermeidung und Meldung von Cyberangriffen. Diese betreffen zukünftig fast alle mittelständischen Industriebetriebe.

    mehr lesen: Kleine Betriebe unverhältnismäßig hart getroffen