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.



  • Logimat-Preis für bestes Produkt verliehen

    Logimat-Preis für bestes Produkt verliehen

    Im Rahmen der Logimatwurde der Preis ‚Logimat Best Product‘ in drei Kategorien verliehen.

    mehr lesen: Logimat-Preis für bestes Produkt verliehen

  • Spezielle Chips für reduzierten KI-Energieverbrauch

    Spezielle Chips für reduzierten KI-Energieverbrauch

    Im Rahmen des KI-Leuchtturmprojekts ‚Eki‘ hat ein Forschungsteam unter der Leitung der Universität Paderborn an der Verbesserung der Energieeffizienz von KI-Systemen gearbeitet und Methoden entwickelt, mit denen sich der Energieverbrauch…

    mehr lesen: Spezielle Chips für reduzierten KI-Energieverbrauch

  • Neues Mitglied im Aufsichtsrat von Wibu-Systems

    Neues Mitglied im Aufsichtsrat von Wibu-Systems

    Wibu-Systems, ein Spezialist für Softwareschutz, Lizenzierung und Cybersicherheit, hat Prof. Dr. Jörn Müller-Quade in den Aufsichtsrat berufen.

    mehr lesen: Neues Mitglied im Aufsichtsrat von Wibu-Systems

  • SEW-Eurodrive und Safelog entwickeln Softwaresystem für die Intralogisik

    SEW-Eurodrive und Safelog entwickeln Softwaresystem für die Intralogisik

    Im Rahmen der Fachmesse Logimat haben SEW-Eurodrive und Safelog eine strategische Partnerschaft bekannt gegeben.

    mehr lesen: SEW-Eurodrive und Safelog entwickeln Softwaresystem für die Intralogisik

  • KIT-Forschende entwickeln Technologie für lichtbasierte Datenverbindungen

    KIT-Forschende entwickeln Technologie für lichtbasierte Datenverbindungen

    Ein neuartiges Bauteil, das durch eine fortschrittliche Fertigungstechnologie eine sehr schnelle, sparsame und verlässliche Datenübertragung ermöglicht, haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der École Polytechnique Fédérale de…

    mehr lesen: KIT-Forschende entwickeln Technologie für lichtbasierte Datenverbindungen

  • PTC tritt dem ZVEI bei

    PTC tritt dem ZVEI bei

    PTC ist dem ZVEI beigetreten und will in diesem Rahmen seine Expertise in den Bereichen digitale Geschäftsmodelle, industrielle künstliche Intelligenz (KI) und datenbasierte Wertschöpfung in die Verbandsarbeit einbringen.

    mehr lesen: PTC tritt dem ZVEI bei

  • Unternehmen setzen auf KI, aber es muss sich auch lohnen

    Unternehmen setzen auf KI, aber es muss sich auch lohnen

    Laut einer Untersuchung von TE Connectivity treibt die deutsche Industrie den Einsatz von künstlicher Intelligenz und Automatisierung mit hoher Geschwindigkeit voran.

    mehr lesen: Unternehmen setzen auf KI, aber es muss sich auch lohnen

  • Ein Chatbot für den Wissenstransfer

    Ein Chatbot für den Wissenstransfer

    Wenn Fachkräfte ein Unternehmen verlassen, geht auch oft Knowhow verloren. Im Projekt ‚Stark‘ untersuchen Forschende des Fraunhofer IPK gemeinsam mit der BSP Business and Law School – Hochschule für Management…

    mehr lesen: Ein Chatbot für den Wissenstransfer

  • Quantencomputer und klassische Rechner optimieren gemeinsam

    Quantencomputer und klassische Rechner optimieren gemeinsam

    Klassische Computer können viele Optimierungsprobleme wie etwa das ‚Problem des Handlungsreisenden‘ nur näherungsweise knacken, aber nicht vollständig und oft nur unter langer Laufzeit.

    mehr lesen: Quantencomputer und klassische Rechner optimieren gemeinsam

  • Digitale Kreislaufwirtschaft in dezentraler Fabrik

    Digitale Kreislaufwirtschaft in dezentraler Fabrik

    Im Projekt ‚Panda‘ setzen die Beteiligten auf digitale Produktpässe und künstliche Intelligenz (KI), um Recycling und Demontage von Produkten effizienter zu machen.

    mehr lesen: Digitale Kreislaufwirtschaft in dezentraler Fabrik

  • Ein kurzer Blick auf CRA, EU-Maschinenverordnung und NIS-2

    Ein kurzer Blick auf CRA, EU-Maschinenverordnung und NIS-2

    Gezielte Cyberangriffe auf Anlagen und Maschinen sind längst Realität. Mit CRA, NIS2 und der neuen EU-Maschinenverordnung reagiert der Gesetzgeber nicht nur mit klaren Empfehlungen, sondern auch mit konkreten Meldepflichten, Vorgaben…

    mehr lesen: Ein kurzer Blick auf CRA, EU-Maschinenverordnung und NIS-2

  • Konferenz beleuchtet IT als ‚Architektin der Zukunft‘

    Konferenz beleuchtet IT als ‚Architektin der Zukunft‘

    Beim Strategiegipfel IT-Management, der am 14. und 15. April 2026 im Hotel Palace in Berlin stattfindet, diskutieren IT-Verantwortliche darüber, wie IT zu einem strategischen Enabler werden kann.

    mehr lesen: Konferenz beleuchtet IT als ‚Architektin der Zukunft‘