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.



  • Kudelski Security mit deutschem Standort

    Kudelski Security mit deutschem Standort

    Mit Kudelski Security expandiert ein neuer Player aus dem Bereich Security in den deutschen Markt.

    mehr lesen: Kudelski Security mit deutschem Standort

  • Lieferketten laufen langsam an

    Lieferketten laufen langsam an

    Shippeo macht Lieferketten transparent und zeigt, dass Corona-Lockerungen viele Sektoren aufatmen lassen

    mehr lesen: Lieferketten laufen langsam an

  • Datensicherung auf OT ausweiten

    Datensicherung auf OT ausweiten

    Waxar erinnerte am World Backup Day daran, dass regelmäßige Datensicherungen nicht nur für die IT, sondern auch für die OT eine wichtige Präventionsmaßnahme darstellen.

    mehr lesen: Datensicherung auf OT ausweiten

  • Mehr Sicherheit in der Cloud

    Mehr Sicherheit in der Cloud

    McAfee kündigt die Zusammenarbeit mit Atlassian an, einem Anbieter für Softwareentwicklungs- und Kollaborations-Tools. Ziel ist es, gemeinsamen Kunden, die den Umstieg in die Cloud beschleunigen wollen, verbesserte Sicherheit und Bedrohungserkennung…

    mehr lesen: Mehr Sicherheit in der Cloud

  • Lückenloses Fahrzeug-Tracking

    Lückenloses Fahrzeug-Tracking

    Täglich werden Millionenwerte auf öffentlichen Straßen bewegt. Die scheinbar leichte Beute für Kriminelle zwingt Wert- und Geldtransportunternehmen, die Fahrzeuge entsprechend vor Raubüberfällen zu schützen.

    mehr lesen: Lückenloses Fahrzeug-Tracking

  • Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

    Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

    Für die Produktionsplanung und –steuerung wird in der Lern- und Musterfabrik am TZ PULS in Dingolfing jetzt mit einer Obeya-Kommunikationszentrale gearbeitet. Der große Raum, japanisch Obeya, kombiniert analoge Lean-Methoden mit…

    mehr lesen: Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

  • Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Die neue Richtlinie VDI 3405 Blatt 8.1 soll Grundlagen für 3D-Druckverfahren von keramischen Bauteilen vermitteln,

    mehr lesen: Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

  • Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Weltweit wurden in Folge der Coronavirus-Pandemie Unternehmen auf der ganzen Welt vorübergehend geschlossen. Nach der Phase des Stillstands bereiten sich nun viele Firmen auf die Wiedereröffnung vor.

    mehr lesen: Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

  • Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Das Coronavirus stürzt fast die ganze Welt in eine Rezession. Das geht aus der neuesten Umfrage des Ifo-Instituts hervor, an der 1.000 Experten in 110 Ländern teilgenommen haben. Demnach könnte…

    mehr lesen: Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

  • Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Die Unternehmen der deutschen Informationswirtschaft sind oftmals unzufrieden mit der im Mai 2018 in Kraft getretenen EU-Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO). Das zeigt eine Umfrage des ZEW. Demnach überwiegen in jedem zweiten Unternehmen…

    mehr lesen: Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

  • Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M wollen künftig als Technologiepartner für die IoT-Datenbank CrateDB zusammenarbeiten.

    mehr lesen: Crate.io und M&M Software kooperieren

  • Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick hat im Geschäftsjahr 2019 seinen Umsatz um 7% auf 1,7Mrd.€ erhöht. Der Auftragseingang lag bei 1,8Mrd.€ (2018: 1,7Mrd.€).

    mehr lesen: Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019