Robotersteuerung aus dem Weltall

Das Roboterteam des Projekts Surface Avatar.
Das Roboterteam des Projekts Surface Avatar. – Bild: DLR Deutsches Zentrum f. Luft- u. Raumfahrt e.V.

Am 24. Juli führte das Surface-Avatar-Team am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen das letzte und laut DLR bisher anspruchsvollste Experiment der Mission Surface Avatar vor. NASA-Astronaut Jonny Kim hatte an Bord der ISS das Kommando über ein intelligentes Roboterteam – bestehend aus vier Robotern – am Boden, das ihm half, den Nachbau der Marsoberfläche zu erkunden und Proben zu sammeln. Dabei ließ er die verschiedenen Roboter nach Bedarf gemeinsam und teil- oder vollautonom agieren. Zeitgleich testeten die Beteiligten den KI-Chatbot-Assistent ‚Neal AI‘, der den Astronauten bei Fragen unterstützte.

„Das Surface Avatar Experiment ist ein Meilenstein in der Kollaboration von Menschen und Robotern im Weltall. Wir haben dadurch alle technischen Voraussetzungen erreicht, um komplexe robotische Missionen auf dem Mars zu steuern, auch in Richtung einer zukünftigen permanenten lunaren Forschungsstation“, erklärt Prof. Alin Albu-Schäffer, Direktor des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik.

Kern der Technologie-Demonstration ist es, eine Person ohne intensives Training zu befähigen, ein Team aus unterschiedlichen Robotern zu kommandieren und gezielt einzusetzen. Die 2022 gestartete Experimentreihe Surface Avatar wird vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik geleitet und erfolgt in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA und dem Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum GSOC.

„Durch die Experimente mit dem Astronauten in Mikrogravitation und der Verbindung über Relais-Satelliten haben wir die technischen Hürden bei der Fernsteuerung von Robotern gemeistert. Wir sind daher sicher, dass wir auch in zukünftigen Szenarien bewerkstelligen können, sei es Lunar Gateway, Mondhabitate oder Erde zu Roboter. Wir haben mit diesen Experimenten und Technologien einzigartige Expertise in Europa aufgebaut, die auch für Anwendungen auf der Erde nützlich ist“, sagt Dr. Thomas Krüger, Team Lead ESA Human-Robot Interaction Lab.

Schwierigere Aufgaben und zusätzlicher Roboter

Im Vergleich zum letzten Surface-Avatar-Experiment im Juli 2024 waren die Aufgaben im aktuellen Experiment schwieriger und die Roboter selbstständiger. Auch ist ein weiterer Roboter hinzugekommen: Neben dem humanoiden DLR-Roboter Rollin‘ Justin, ESA-Rover Interact und dem vierbeinigen DLR-Roboter Bert vervollständige der vierbeinige ESA-Roboter Spot das Roboterteam.

Spot ist größer als Bert und mit einem Greifarm ausgestattet. ISS-Astronaut Kim gab ihm die Aufgabe, ausliegende Probenbehälter selbstständig zu finden und zur Übergabestation zu bringen. Kim steuerte dann direkt den DLR-Roboter Rollin‘ Justin an und erteilte die Aufgabe, die eingetroffenen Behälter von der Übergabestation zum Lander zu bringen. So sammelten die beiden Roboter selbstständig mehrere Proben von der nachempfundenen Marsoberfläche für den Rücktransport zur Erde, während der Astronaut sich den nächsten Aufgaben widmen konnte.

Roboter-Roboter-Transport

Eine weitere Aufgabe lag in der Erkundung einer Höhle: Kim kommandierte dazu den Interact-Rover, der wiederum den DLR-Roboter Bert in seinem Transportkorb geladen hatte – laut DLR der weltweit erste Roboter-Roboter-Transport. Telekommandiert durch den Astronauten fuhr der Rover zur Höhle, hob mit seinem Greifarm DLR-Roboter heraus und setzte ihn auf dem Boden ab.

Da eines von Bernds Beinen klemmte, konnte er die Höhle zunächst nicht wie vorgesehen erkunden. Das Team auf der Erde hatte diese Fehlfunktion beabsichtigt, um ein unvorhergesehenes Problem zu simulieren. Dazu ist der DLR-Roboter Bert mit ‚bestärkendem Lernen‘ (englisch: reinforcement learning), einer Methode des maschinellen Lernens, ausgestattet. Um mit drei Beinen einen stabilen Gang für Bert zu finden, führte Kim ein Training durch: Er ließ den Roboter verschiedene Gangarten ausprobieren und bewertete diese, bis Bert eine funktionierende Strategie gefunden hatte. Nach der erfolgreichen Lerneinheit absolvierte der DLR-Roboter seine Höhlenerkundung. Hier entschied sich der Astronaut für die manuelle Steuerung – über eine Kamera konnte er sehen, was der Roboter sieht, und ihn über den Joystick des Robot-Command-Terminals fernsteuern.

KI-gestützte Vorbereitung

Den Beteiligten gelang es, im knappen Zeitfenster von zweieinhalb Stunden sämtliche Aufgaben einschließlich der Zusatzoptionen erfolgreich zu bewältigen. So steuerte Jonny Kim den Rover manuell, um einen Probenbehälter zu greifen und in der Übergabestation abzulegen. Der US-Amerikaner steuerte die Roboter, um herumzufahren, sich umzusehen und die Umgebung zu erkunden, zu berühren und zu fühlen. Sie dienten dabei als Avatare bzw. physische Verlängerung aus der Ferne.

Zur Vorbereitung nutzte der Astronaut den neuen KI-Chatbot-Assistenten ‚NealAI‘, der auf einem großen Sprachmodell (Large Language Model, kurz LLM) des europäischen Anbieters Mistral AI basiert. Das Entwicklungsteam des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik hatte den Chatbot speziell für die Surface-Avatar-Mission trainiert. Während der Trainingsphase beantwortet er Kim Fragen zu den Funktionalitäten der Roboter, zur Bedienung der Steuerungseinheit und der Benutzeroberfläche. Die Idee dahinter ist, Astronauten bei einer möglichen Mars-Mission umgehend Hilfestellung zu bieten, da die Signalverzögerung zwischen Mars und Erde bis zu 40 Minuten betragen kann.

Handschlag zum Abschluss

„Das letzte Experiment von Surface Avatar war der perfekte Abschluss der Mission. Sie zeigte, wie die Robotik unsere Astronautinnen und Astronauten bei der Erforschung des Weltraums unterstützen kann. Ich freue mich schon darauf, nach dieser fruchtbaren Zusammenarbeit mit der ESA, künftig auch weitere gemeinsame Erfolge zu feiern“, fasst Principal Investigator Dr. Neal Y. Lii vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik zusammen.

Zum Abschluss der Versuchs-Reihe reichten sich NASA-Astronaut Kim und DLR-Wissenschaftler Lii in Oberpfaffenhofen die Hand – mittels des DLR-Roboters Rollin‘ Justin. Durch Kraftrückkoppelung konnten beide Partner – auf der ISS und auf der Erde – die Kraft und Bewegung des Händeschüttelns spüren.



  • Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

    Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

    Ab April unterstützen Gerald Rosspeintner, Thomas Pötsch und Werner Lichtenegger als Prokuristen die Geschäftsleitung von Knapp Systemintegration in Loeben.

    mehr lesen: Drei Prokuristen für Knapp Systemintegration

  • Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Proalpha strukturiert das Führungsteam der ERP Business Unit neu und ernennt Christoph Kull zum President ERP+. Er berichtet an CEO Eric Verniaut.

    mehr lesen: Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

  • Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    95 Prozent der 102 von Horváth befragten Führungskräfte sprechen sich in der Studie für staatliche Unterstützung beim Ausbau von Studiengängen und ähnlichen Weiterbildungsformen mit KI-Schwerpunkten aus.

    mehr lesen: Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

  • VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    Mit der Gründung des Forums Manufacturing-X will der VDMA sämtliche Aktivitäten zu diesem Thema in Richtung seiner Mitgliedsunternehmen und Stakeholder bündeln und koordinieren. Die Arbeit des Forums fußt dabei auf…

    mehr lesen: VDMA gründet Forum Manufacturing-X

  • Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Im aktuellen Bitkom-Ifo-Digitalindex schätzen die Unternehmen ihre aktuelle Lage wieder besser ein. Auch die Erwartungen haben sich verbessert. Der Indexwert klettert im März somit um 1,6 Punkte.

    mehr lesen: Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

  • Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

    Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

    Mit Merlin Knott hat IFS einen neuen Präsidenten für sein Enterprise-Service-Management-Geschäft. Knott leitete zuvor die globale Partner- und Channel-Organisation des Unternehmens.

    mehr lesen: Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

  • Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

    Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

    Eine aktuelle Studie von Reichelt Elektronik betrachtet den aktuellen Stand der Digitalisierung und stellt die Frage, wie Deutschland im Vergleich zu anderen europäischen Ländern abschneidet.

    mehr lesen: Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

  • Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

    Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

    Seit 1949 widmet sich die Fraunhofer-Gesellschaft der anwendungsorientierten Forschung. Am 26. März feierte die heute 76 Institute umfassende Gesellschaft ihr 75-jähriges Bestehen.

    mehr lesen: Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

  • ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

    ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

    Die Studie ’ERP in der Praxis’ ist in ihre 12. Runde gestartet. Seit 2004 fordern die Analysten der Trovarit AG Anwender von ERP-Systemen dazu auf, ihrem eingesetzten System und dem…

    mehr lesen: ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

  • Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

    Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

    Smartphone und Tablet benötigen keinen Cyberschutz? Diese Annahme sollte gründlich überdacht werden.

    mehr lesen: Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

  • Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

    Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

    Immer mehr Maschinen- und Anlagenbauer nutzen die Forschungszulage und gehen dadurch zusätzliche FuE-Aktivitäten. an Eine Anhebung der Obergrenze könnte weiteres Potenzial freisetzen

    mehr lesen: Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

  • IAB-Arbeitsmarktbarometer legt weiter zu

    IAB-Arbeitsmarktbarometer legt weiter zu

    Der Frühindikator des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung (IAB) setzt seine trendmäßige Verbesserung im März fort. Das Arbeitsmarktbarometer klettert um 0,4 Punkte auf nun 100,6 Punkte und erreicht damit den…

    mehr lesen: IAB-Arbeitsmarktbarometer legt weiter zu