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



  • Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

    Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

    In dieser Woche erfolgte der Spatenstich für den Neubau des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung. Das Investitionsvolumen beträgt rund 37Mio.€.

    mehr lesen: Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

  • Peter Schneck wird Cenit-CEO

    Peter Schneck wird Cenit-CEO

    Peter Schneck wird Mitglied des Vorstands bei der Cenit AG und übernimmt zum 1. Januar 2022 die Position des CEO. Er folgt auf Kurt Bengel der das Unternehmen plangemäß zum…

    mehr lesen: Peter Schneck wird Cenit-CEO

  • Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

    Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

    Der McKinsey ‘Quantum Technology Monitor’ zeigt eine Zunahme der globalen Markt – und Technologieentwicklungen von Quantentechnologien. Dabei sind die angekündigten Investitionen im laufenden Jahr dreimal so hoch wie in 2020.

    mehr lesen: Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

  • Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

    Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

    Nach einem Rückgang im August ist der Ifo-Geschäftsklimaindex auch im September gesunken. Belastet werden die Zahlen dabei durch die schlechtere Stimmung in der Industrie.

    mehr lesen: Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

  • Yaskawa baut neue Europa-Zentrale

    Yaskawa baut neue Europa-Zentrale

    Yaskawa hat den Grundstein für eine neue Europa-Zentrale in Hattersheim gelegt. Das Unternehmen investiert rund 23Mio.€ in den neuen Standort.

    mehr lesen: Yaskawa baut neue Europa-Zentrale

  • VDMA Robotik + Automation wählt neuen Vorstand

    VDMA Robotik + Automation wählt neuen Vorstand

    Der VDMA Robotik + Automation hat im Rahmen seiner Mitgliederversammlung einen neuen Vorstand gewählt. Als neuer Vorsitzender folgt Hahn Automation-CEO Frank Konrad auf Wilfried Eberhardt.

    mehr lesen: VDMA Robotik + Automation wählt neuen Vorstand

  • Siemens und Zscaler kooperieren

    Siemens und Zscaler kooperieren

    Siemens und Zscaler arbeiten zusammen, um Kunden den sicheren Zugriff vom Arbeitsplatz im Büro oder mobil auf Operational-Technology(OT)-Systeme und -Anwendungen im Produktionsnetzwerk zu ermöglichen.

    mehr lesen: Siemens und Zscaler kooperieren

  • Bechtle erwirbt Open Networks

    Bechtle erwirbt Open Networks

    Der österreichische Ableger von Bechtle hat Open Networks erworben. Die neuen Spezialisten bringen insbesondere Erfahrung in den Bereichen Application Services, Datacenter, Security und Netzwerk mit. Die Firma betreut rund 250…

    mehr lesen: Bechtle erwirbt Open Networks

  • Wie Firmen Innovationspotenzial freisetzen

    Wie Firmen Innovationspotenzial freisetzen

    Viele Konzepte etwa für Modern Workplaces und Digitalisierung hinterfragen Unternehmenskonzepte, die auf traditionelle Strukturen und Hierarchien setzen. Robert Lindner, Senior Regional Director & Country Manager Germany bei Red Hat, hat…

    mehr lesen: Wie Firmen Innovationspotenzial freisetzen

  • Blue Yonder gehört jetzt Panasonic

    Blue Yonder gehört jetzt Panasonic

    Panasonic hat sämtliche Unternehmensanteile des IT-Plattformanbieters Blue Yonder erworben. Der Kauf ist Teil der Konzern-Strategie, einzelne Geschäftsfelder zu stärken. Blue Yonder bewertet die Investition mit 8,5 Milliarden US-Dollar.

    mehr lesen: Blue Yonder gehört jetzt Panasonic

  • Maschinenbauern gehen Komponenten aus

    Maschinenbauern gehen Komponenten aus

    Die Auftragsbücher im Maschinen- und Anlagenbau füllen sich, aber immer mehr Firmen verzeichnen Engpässe in ihren Lieferketten. Auch der Fachkräftemangel wird vermehrt zum Problem. Zu diesen Erkenntnissen kommt der VDMA…

    mehr lesen: Maschinenbauern gehen Komponenten aus

  • 25 Prozent der Firmen planen höhere Investitionen

    25 Prozent der Firmen planen höhere Investitionen

    Erwartungen an die Post-Covid-Zeit 25 Prozent der Firmen planen höhere Investitionen 70 Prozent der Fertigungsunternehmen rechnen mit einem Wachstum ihrer Branche, gaben die Teilnehmer in einer Umfrage von CBAF an.…

    mehr lesen: 25 Prozent der Firmen planen höhere Investitionen