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.



  • PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

    PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

    Mit der Sphinx Open Online on Pluscloud haben Plusserver und GFT Technologies ihre Kompetenzen im Bereich IoT gebündelt. Einsatzgebiete sind beispielsweise Smart Factories in der Produktion.

    mehr lesen: PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

  • ATS erwirbt Lean Scheduling International

    ATS erwirbt Lean Scheduling International

    Mit der Übernahme durch ATS Global wird aus der Lean Scheduling international die ATS Lean Scheduling International.

    mehr lesen: ATS erwirbt Lean Scheduling International

  • Plattformmodul für die Produktion

    Plattformmodul für die Produktion

    Dynatrace tritt in den Markt für Cloud Application Security ein. Dazu hat das Unternehmen seine Software-Intelligence-Plattform um ein neues Modul erweitert: Das neue Dynatrace Application Security Module bietet kontinuierliche Runtime-Application-Self-Protection…

    mehr lesen: Plattformmodul für die Produktion

  • Gefahrenpotenzial steigt weiter

    Gefahrenpotenzial steigt weiter

    Was wird sich bei der Sicherheit kritischer Infrastrukturen, Industrie- und Produktionsanlagen im neuen Jahr ändern? Welche Herausforderungen erwarten die Sicherheitsverantwortlichen, welche Trends zeichnen sich ab? Die Experten für industrielle Cybersecurity…

    mehr lesen: Gefahrenpotenzial steigt weiter

  • Lynx Software Technologies gewinnt Preis

    Lynx Software Technologies gewinnt Preis

    Lynx Software Technologies gibt bekannt, dass Lynx Mosa.ic im Rahmen der IoT Breakthrough Awards zur ‚IoT Security Platform of the Year‘ gekürt wurde.

    mehr lesen: Lynx Software Technologies gewinnt Preis

  • Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

    Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

    Die Bedrohung durch Internetkriminelle wird immer größer. Darüber sind sich 94% der Internetnutzer einig. Die große Mehrheit sieht daher Staat und Behörden in der Pflicht, stärker gegen Kriminelle im digitalen…

    mehr lesen: Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

  • Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

    Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

    Um die Entwicklung KI-basierter Funksensor-Edge-Anwendungen zu vereinfachen, hat SSV mit dem WSEI/154A den weltweit ersten Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit einer 868MHz-Funktechnik gemäß IEEE802.15.4 entwickelt. Als Sensing Endpoint gehört ein Evaluation Board…

    mehr lesen: Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

  • Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Die Forschungspartner Technische Hochschule Deggendorf und die Technische Universität München sowie den beiden Unternehmen Schindler & Schill (EasyLogix) und Systema haben das BMWi-ZIM-Projekt MobiCM erfolgreich abgeschlossen. Ziel war die Entwicklung…

    mehr lesen: Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

  • Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Nach ersten Schätzungen geht das Ifo-Institut von einer Stagnation der Wirtschaftsleistung im ersten Quartal aus. Erst im zweiten Quartal gehen die Experten wieder von einem Zuwachs aus.

    mehr lesen: Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

  • DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

    DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

    Die Normungsorganisationen DIN und VDE DKE haben eine Kooperationsvereinbarung mit ‚Enterprise Singapore‘ getroffen. Die Zusammenarbeit soll unter anderem die Bereiche Industrie 4.0 sowie künstliche Intelligenz umfassen.

    mehr lesen: DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore