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



  • Zukunftssicherheit im deutschen Maschinenbau

    Zukunftssicherheit im deutschen Maschinenbau

    Die Maschinenbau-Branche leidet unter den Folgen von Covid-19. Doch die Ursachen für die Probleme liegen tiefer. Das zeigt die jüngste Studie von Inform: ‚Trendreport 2020 für den Maschinen- und Anlagenbau:…

    mehr lesen: Zukunftssicherheit im deutschen Maschinenbau

  • BMW und Mercedes-Benz legen Entwicklungskooperation auf Eis

    BMW und Mercedes-Benz legen Entwicklungskooperation auf Eis

    BMW und Mercedes-Benz stoppen ihre Kooperation zur Entwicklung automatisierter Fahrzeuge. Die Entwicklung einer gemeinsamen Technologiebasis wäre zu aufwendig, heißt es in einer gemeinsamen Pressemitteilung. Auch die Konjunktur spiele bei der…

    mehr lesen: BMW und Mercedes-Benz legen Entwicklungskooperation auf Eis

  • Corona bremst Robotik und Automation stärker als erwartet

    Corona bremst Robotik und Automation stärker als erwartet

    VDMA Robotik+Automation rechnet für das laufende Jahr mit einem Umsatzrückgang von mindestens 20 Prozent. Vor Ausbruch der Pandemie ging der Verband von einem Rückgang von 10 Prozent aus.

    mehr lesen: Corona bremst Robotik und Automation stärker als erwartet

  • Schmersal-Gruppe nach Cyberangriff wieder handlungsfähig

    Schmersal-Gruppe nach Cyberangriff wieder handlungsfähig

    Der Anruf kam am 20. Mai um 16.45 Uhr: Die Schmersal-Gruppe wurde von offizieller Seite informiert, dass Cyberkriminelle einen gezielten Angriff auf das Firmennetzwerk planen. Nach einer Verifikation des Anrufs…

    mehr lesen: Schmersal-Gruppe nach Cyberangriff wieder handlungsfähig

  • Gemeinsamer Standard für unterschiedliche Ortungslösungen

    Gemeinsamer Standard für unterschiedliche Ortungslösungen

    Ein Zusammenschluss von rund 60 Unternehmen aus Europa, Amerika und Asien hat mit ‘Omlox‘ einen Ortungsstandard für die Industrie eingeführt. Die weltweie Koordination wird durch die Profibus Nutzerorganisation übernommen.

    mehr lesen: Gemeinsamer Standard für unterschiedliche Ortungslösungen

  • Kleinserienproduktion für die Elektromobilität

    Kleinserienproduktion für die Elektromobilität

    Im Forschungsprojekt ‘ProeK‘ haben die Projektpartner untersucht, wie sich die Produktion von Kleinserien bei Elektrofahrzeugen verbessern lässt. Beteiligt waren u.a. Elektrofahrzeughersteller und Forschungspartner wie das WZL der RWTH Aachen.

    mehr lesen: Kleinserienproduktion für die Elektromobilität

  • Erwartungen an Konjunktur im Juni steigen

    Erwartungen an Konjunktur im Juni steigen

    Insgesamt steigen die Erwartungen an die Konjunktur für den Monat Juni 2020, haben die Volkswirte beim ZEW ermittelt. Viele exportorientierte wie der Maschinen- und Fahrzeugbau teilen diese positive Einschätzung noch…

    mehr lesen: Erwartungen an Konjunktur im Juni steigen

  • PSI übernimmt Prognosesoftwareanbieter Prognos Energy

    PSI übernimmt Prognosesoftwareanbieter Prognos Energy

    Der Softwareanbieter PSI hat Prognos Energy übernommen. Das Unternehmen aus Potsdam ist auf Einspeisungsprognosen aus erneuerbaren Energien spezialisiert.

    mehr lesen: PSI übernimmt Prognosesoftwareanbieter Prognos Energy

  • Maschinenbau will trotz Corona weiter ausbilden

    Maschinenbau will trotz Corona weiter ausbilden

    Laut einer aktuellen Umfrage des VDMA unter 600 Mitgliedsfirmen gehen 68 Prozent davon aus, dass sie künftig genauso viele gewerblich-technische Ausbildungsplätze anbieten können, wie vor der Corona-Pandemie.

    mehr lesen: Maschinenbau will trotz Corona weiter ausbilden

  • Industrie 4.0 im Maschinenbau im Trend

    Industrie 4.0 im Maschinenbau im Trend

    Im Rahmen der Marktstudie ‚Industrielle Kommunikation/Industrie 4.0 2020‘ gaben im Januar/Februar 2020 mehr als 300 Maschinenbauunternehmen Auskunft über das Einsatzverhalten und über zukünftige Entwicklungen in den Bereichen Kommunikationstechnologien und Industrie…

    mehr lesen: Industrie 4.0 im Maschinenbau im Trend

  • Cyberattacken oft zu spät entdeckt

    Cyberattacken oft zu spät entdeckt

    Mangelnde Reaktionsgeschwindigkeit ist für den Mittelstand die größte Herausforderung bei Cyberangriffen. Dabei stehen laut einer Studie von Deloitte Mitarbeiter bei der Abwehr von Risiken im Brennpunkt. Phishing-Mails, Betrugs-Websites und Erpressungssoftware…

    mehr lesen: Cyberattacken oft zu spät entdeckt

  • KI ist wichtig, die Umsetzung läuft noch schleppend

    KI ist wichtig, die Umsetzung läuft noch schleppend

    Die Unternehmen sprechen der künstlichen Intelligenz eine herausragende Bedeutung zu, tun sich aber schwer damit, die Technologie praktisch einzusetzen. Dies geht aus einer branchenübergreifenden Umfrage des Digitalverbands Bitkom unter 603…

    mehr lesen: KI ist wichtig, die Umsetzung läuft noch schleppend