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



  • Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

    Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

    Blended Learning Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen Viele Unternehmen nutzen inzwischen die Digitaltechnik, um sogenannte Blended-Learning-Konzepte in ihrer Organisation zu realisieren – auch weil diese Lernform den Erwartungen der Angehörigen…

    mehr lesen: Das Online- und Präsenz-Lernen verzahnen

  • Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

    Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

    CO2-Emissionen einlagern Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen Technologien zum Abtrennen und Speichern von CO2 (CCS) waren vor einigen Jahren für Kohlekraftwerke im Gespräch – stießen aber auf massiven…

    mehr lesen: Studie: Carbon Capture and Storage in Industrieprozessen

  • Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

    Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

    Zahlen des Ifo Instituts Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab Im Juni 2023 ist Stimmung der Automobilindustrie deutlich eingebrochen. Und nach Angaben des Ifo Instituts hat sich dieses Niveau bis…

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Autoindustrie kühlt ab

  • Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

    Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

    Forschung- und Entwicklung Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert Der Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland hat im Jahr 2022 knapp 8,7Mrd.€ für Forschung und Entwicklung ausgegeben. Das war eine Steigerung von…

    mehr lesen: Forschungsausgaben im Maschinenbau auf Rekordwert

  • Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

    Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

    Karl Wachtel übergibt Unternehmensführung Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer Karl Wachtel hat die Führung des PLM-Spezialisten XPLM übergeben. Seit November leitet Michael Pieper die Geschicke des Dresdner Unternehmens.

    mehr lesen: Michael Pieper wird XPLM-Geschäftsführer

  • Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

    Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

    Plus 74 Prozent in 10 Jahren Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz Etwas mehr als 4Mrd.€ hat die deutsche Industrie im Jahr 2021 im Bereich Klimaschutz investiert. Wie das Statistische Bundesamt…

    mehr lesen: Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

  • Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Die SPS in Nürnberg ist der Branchentreff für Automatisierer. Welche Trends dabei in diesem Jahr hervorstechen und was Besucher darüber hinaus erwarten können, berichtet Silke Schulz-Metzner, Vice President SPS beim…

    mehr lesen: Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

  • Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

    Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

    Zur 32. Ausgabe der SPS – Smart Production Solutions werden in 16 Messehallen mit rund 120.000m² Ausstellungsfläche mehr als 1.300 Aussteller aus der ganzen Welt erwartet. Neben Innovationen bietet der…

    mehr lesen: Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

  • Das gesamte Spektrum der Elektronikfertigung

    Das gesamte Spektrum der Elektronikfertigung

    Die Elektronikfertigungsindustrie trifft sich vom 14. bis zum 17. November in München. Auf der dortigen Produktronica stehen in diesem Jahr unter anderem die Leitthemen künstliche Intelligenz, Leistungselektronik sowie Quantentechnologien im…

    mehr lesen: Das gesamte Spektrum der Elektronikfertigung

  • Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig

    Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig

    Situation weiter entspannt Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig Mehr als die Hälfte der Unternehmen aus dem Automobilbau berichtet nach wie vor von Materialengpässen. In vielen anderen Industriesektoren hat sich…

    mehr lesen: Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig

  • Connected-Worker-Plattform

    Connected-Worker-Plattform

    Connected-Worker-Plattform Sieben Schritte zur autonomen Instandhaltung Gestiegene Preise belasten die deutsche Industrie weiterhin. Und auch beim Thema Fachkräfte ist keine Entspannung in Sicht. Hier kommt die autonome Instandhaltung ins Spiel.…

    mehr lesen: Connected-Worker-Plattform

  • Markus Wambach wird COO bei MHP

    Markus Wambach wird COO bei MHP

    Geschäftsführung erweitert Markus Wambach wird COO bei MHP MHP erweitert zum 1 Januar 2024 die Geschäftsführung. Markus Wambach verantwortet dann das operative Geschäft der Management- und IT-Beratung.

    mehr lesen: Markus Wambach wird COO bei MHP