Neue Wege zur Interoperabilität von Robotern

261019 Titel IP 1199x1695
Bild: Acatech – Dt. Akademie der Technikwissenschaften

Damit unterschiedliche Roboter gemeinsam Aufgaben erledigen können, müssen sie Informationen austauschen, deren Bedeutung verstehen und ihr Handeln aufeinander abstimmen. Bisher war es mit großem Aufwand verbunden, die hierfür nötige Interoperabilität herzustellen, etwa durch Standardisierung. Große KI-Modelle eröffnen jedoch neue Möglichkeiten, diese herzustellen. In einem neuen Impulspapier der Plattform Lernende Systeme beschreiben die Verfasser, wie solche KI-Modelle das Zusammenspiel von Robotiksystemen unterstützen können und welche Herausforderungen für einen zuverlässigen und sicheren Einsatz noch zu lösen sind.

Die Autoren betonen, dass Interoperabilität die Grundlage für Kommunikation und Kooperation schafft, aber nicht selbst das gemeinsame Handeln bewirkt. Bislang wird sie vor allem durch Standards für Schnittstellen, Protokolle oder Datenformate hergestellt. Wie weiter erläutert wird, sind solche Lösungen aufwendig und oft wenig flexibel. Als besonders anspruchsvoll beschreiben es die Autoren, ein gemeinsames Verständnis von Informationen und deren Bedeutung für das Handeln herzustellen.

Das Impulspapier unterscheidet vier Ebenen der Interoperabilität: Die technische Ebene verbindet Systeme miteinander, die syntaktische Ebene sorgt für kompatible Datenformate. Die semantische Ebene betrifft die Bedeutung der ausgetauschten Informationen, die pragmatische Ebene das Verständnis für die Folgen von Handlungen in einem bestimmten Kontext. Erst auf dieser letzten Ebene lässt sich das Handeln von Systemen am besten aufeinander abstimmen.

Was große KI-Modelle leisten können

„Große KI-Modelle können in eleganter und effizienter Weise dabei helfen, Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Robotiksystemen auf semantischem oder gar auf pragmatischem Niveau zu erreichen“, so Jürgen Beyerer, geschäftsführender Institutsleiter sowie Direktor des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Karlsruhe und Inhaber des Lehrstuhls Interaktive Echtzeitsysteme am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Die Verfasserinnen und Verfasser erläutern, dass neben großen Sprachmodellen dafür auch Modelle infrage kommen, die auf logisches Schlussfolgern (Reasoning) ausgerichtet sind oder Sprache, Sehen und Handeln verbinden. Sie können helfen, Informationen unterschiedlicher Systeme einzuordnen und für die Koordination nutzbar zu machen. Entscheidend seien das Weltwissen, das im Modell repräsentiert sei und mit Art und Umfang der Daten im Modelltraining zusammenhänge, sowie zusätzliche Kontextinformationen, die dem Modell im laufenden Betrieb zur Verfügung gestellt würden.

Verlässliches Weltwissen benötigt

„Roboter können im Verbund komplexe Handlungsstränge oder Missionen abarbeiten, wenn sie in der Lage sind, zuverlässig physisch zu interagieren, Informationen auszutauschen und zu interpretieren. Der Kern der Herausforderung liegt oft in der Autonomie und dem Weltmodell der Systeme. Heutige große generative KI-Modelle können hier Lücken schließen und Roboter koordinieren, durch zukünftige Modelle könnten sich sogar neue Formen von Interoperabilität etablieren“, erläutert Sirko Straube, Forschungsbereichsmanager Emergency Response and Recovery Management am Robotics Innovation Center von DFKI.

Die Autorinnen und Autoren beschreiben zudem die Grenzen gegenwärtiger Modelle. Diesen würden häufig Aktivitätsdaten sowie domänenspezifische Daten fehlen. Die Plattform verweist außerdem darauf, dass die Modelle mitunter fehlerhafte Aussagen erzeugen sowie Ursache und Wirkung nur eingeschränkt verstehen. Zudem gelingt es ihnen noch nicht zuverlässig, Objekte, Positionen oder Handlungen in präzise Angaben für physikalische Modelle zu übersetzen. Dadurch könne die Interoperabilität zeitweise ‚abreißen‘ – mit Risiken für die funktionale und die Prozesssicherheit. Im Impulspapier werden künftig zuverlässigere multimodale KI-Modelle als vielversprechend genannt. Diese können Fakten in Echtzeit überprüfen und mithilfe physikalischer Simulationen und Weltmodellen die Folgen von Handlungen besser abschätzen. Die Autoren betonen jedoch, dass diese Fähigkeiten für den praktischen Einsatz verlässlich verfügbar sein müssen.

„Interoperabilität zwischen Robotern ist ein entscheidender Zukunftsbaustein, der die praktische Nutzung und das Zusammenspiel vielfältiger Robotiksysteme nachhaltig voranbringen wird. Die Forschung entwickelt bereits vielversprechende Projekte und Konzepte – nun gilt es, diese gemeinsam in marktfähige und anwendungsnahe Lösungen zu überführen. Dafür braucht es einen starken Schulterschluss zwischen Anwendern, Robotikherstellern und Forschung, um die Robotik gemeinsam auf das nächste Entwicklungsniveau zu heben“, fasst Johannes Hinckeldeyn, Director of Advanced Corte Technologies bei Kion, zusammen.

Das Impulspapier wurde von Mitgliedern der Arbeitsgruppe ‚Lernfähige Robotiksysteme‘ sowie der Arbeitsgruppe ‚Technologische Wegbereiter und Data Science‘ der Plattform Lernende Systeme verfasst. Es steht zum kostenfreien Download bereit.

www.plattform-lernende-systeme.de



  • Insys Icom beruft zweiten Geschäftsführer

    Insys Icom beruft zweiten Geschäftsführer

    Die Insys Icom hat einen zweiten Geschäftsführer. Gemeinsam mit Unternehmensgründer Eduard B. Wagner steht seit 1. April Florian Froschermeier an der Spitze des Regensburger Unternehmens.

    mehr lesen: Insys Icom beruft zweiten Geschäftsführer

  • USA bleiben Technologieführer

    USA bleiben Technologieführer

    Bei den Schlüsseltechnologien liegen die USA nach wie vor vor China. Zwar meldet China inzwischen mehr Patente an als die USA, laut einer Analyse — an der unter anderem das…

    mehr lesen: USA bleiben Technologieführer

  • IFM und Microsoft vereinbaren Partnerschaft

    IFM und Microsoft vereinbaren Partnerschaft

    Im Rahmen der Hannover Messe haben Microsoft und IFM Electronic eine Partnerschaft bekannt gegeben. Ein erstes Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist das Azure-basierte Modul RemoteConnect für Fernwartung und Überwachung.

    mehr lesen: IFM und Microsoft vereinbaren Partnerschaft

  • Igus übernimmt Atronia

    Igus übernimmt Atronia

    Igus hat im März die mehrheitlichen Anteile am portugiesischen Unternehmen Atronia Tailored Sensing erworben. Mit diesem strategischen Schritt will Igus auf dem Markt der vernetzten Kunststoffbauteile weiter expandieren. Ziel ist…

    mehr lesen: Igus übernimmt Atronia

  • Open Community Experience feiert Premiere in Mainz

    Open Community Experience feiert Premiere in Mainz

    Vom 22. bis 24. Oktober 2024 feiert die OCX in Mainz Premiere und bringt Open Source Communities zusammen. Der Fokus der Veranstaltung liegt auf den Bereichen Automotive und Mobility, Development…

    mehr lesen: Open Community Experience feiert Premiere in Mainz

  • Stehen humanoide Roboter bald am Fließband?

    Stehen humanoide Roboter bald am Fließband?

    Humanoide Roboter könnten ab 2025 serienreif sein. Das prognostiziert die Managementberatung Horváth und geht weiter davon aus, dass sich mit diesen Robotern mehr als 50 Prozent der manuellen Tätigkeiten automatisieren…

    mehr lesen: Stehen humanoide Roboter bald am Fließband?

  • Mehr Cyberangriffe, weniger Plagiatsfälle

    Mehr Cyberangriffe, weniger Plagiatsfälle

    Rund ein Viertel der Maschinen- und Anlagenbauer berichtet von signifikanten Cybersicherheitsvorfällen in den vergangenen zwei Jahren. Plagiatsfälle gingen in diesem Zeitraum hingegen zurück.

    mehr lesen: Mehr Cyberangriffe, weniger Plagiatsfälle

  • Stand der OT-Sicherheit

    Stand der OT-Sicherheit

    Ein neuer Bericht von ABI Research und Palo Alto Networks über den Stand der OT-Sicherheit hat ergeben, dass im vergangenen Jahr eines von vier Industrieunternehmen angab, seinen Betrieb aufgrund eines…

    mehr lesen: Stand der OT-Sicherheit

  • Forschungsbeirat und Plattform Industrie 4.0 bleiben bei 4.0

    Forschungsbeirat und Plattform Industrie 4.0 bleiben bei 4.0

    Im Rahmen der Hannover Messe 2024 haben der Forschungsbeirat Industrie 4.0 sowie die Plattform Industrie 4.0 Stellung zum Umgang mit dem Begriff ‚Industrie 5.0‘ genommen.

    mehr lesen: Forschungsbeirat und Plattform Industrie 4.0 bleiben bei 4.0

  • Maschinenbau rechnet nicht mit Konjunkturerholung

    Maschinenbau rechnet nicht mit Konjunkturerholung

    Besorgt blicken die Entscheidungsträger im Maschinen- und Anlagenbau auf die konjunkturelle Entwicklung in Deutschland.

    mehr lesen: Maschinenbau rechnet nicht mit Konjunkturerholung

  • Sprint zur Cyber Resilience Act-Konformität

    Sprint zur Cyber Resilience Act-Konformität

    Wie erfüllt Open Source Software die Anforderungen des europäischen Cyber Resilience Act? Auf Basis etablierter Prozesse wollen die Apache Software Foundation, die Blender Foundation, die OpenSSL Software Foundation, die PHP…

    mehr lesen: Sprint zur Cyber Resilience Act-Konformität

  • Wie KI und Mensch im Team zusammenarbeiten

    Wie KI und Mensch im Team zusammenarbeiten

    In einer neuen Expertise mit dem Titel ‘künstliche Intelligenz und industrielle Arbeit’ des Forschungsbeirats Industrie 4.0 zeigen das Fraunhofer IEM und das Fraunhofer IML Gestaltungsoptionen und Handlungsfelder auf, wie KI…

    mehr lesen: Wie KI und Mensch im Team zusammenarbeiten