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.



  • Anzeige
    Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

    Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

    Im Zuge der digitalen Transformation sehen sich Planer, Anlagenbauer und Betreiber im Steuerungs- und Schaltanlagenbau mit der Herausforderung konfrontiert, die Kollaboration innerhalb digitaler Workflows neu zu definieren.

    mehr lesen: Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

  • Ifo Geschäftsklimaindex steigt

    Ifo Geschäftsklimaindex steigt

    Ist das der Silberstreif am Horizont? Zumindest hellt sich die Stimmung der Wirtschaft im aktuellen Ifo Geschäftsklimaindex auf. Der Indexwert steigt um 2 Punkte.

    mehr lesen: Ifo Geschäftsklimaindex steigt

  • KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

    KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

    Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS startet gemeinsam mit der Universität Augsburg im Rahmen des Munich-Quantum-Valleys das Projekt KID-QC^2. Ziel ist es, durch die Erforschung von Methoden der künstlichen Intelligenz…

    mehr lesen: KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

  • Microsoft macht NRW zur KI-Region

    Microsoft macht NRW zur KI-Region

    Als Teil seines milliardenschweren Investitionspakets will Microsoft im Rheinischen Revier Rechenzentren errichten und mit einer KI-Qualifizierungsoffensive rund 100.000 Menschen in NRW erreichen.

    mehr lesen: Microsoft macht NRW zur KI-Region

  • Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

    Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

    Das Industrie 4.0 Barometer 2024 von MHP und der LMU München zeigt die deutliche Unterschiede zwischen China und dem Rest der Welt auf. Besonders beim Einsatz von KI haben chinesische…

    mehr lesen: Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

  • USA hinsichtlich KI in Front, Deutschland auf Rang 2

    USA hinsichtlich KI in Front, Deutschland auf Rang 2

    Zwar verzeichnet das Deutsche Patent- und Markenamt deutlich mehr Patentanmeldungen im KI-Bereich als noch vor 5 Jahren. Im Ländervergleich liegt Deutschland hier jedoch hinter den Vereinigten Staaten auf dem 2.…

    mehr lesen: USA hinsichtlich KI in Front, Deutschland auf Rang 2

  • Automatisierungsbranche investiert weiter in Europa

    Automatisierungsbranche investiert weiter in Europa

    Laut einer aktuellen Horvath-Studie unter Automatisierungsunternehmen mit mindestens 100 Millionen Euro Jahresumsatz aus Deutschland, Europa und Nordamerika konzentrieren sich die Investitionen der Branche auf neue Produkktionsanlagen in der Nähe des…

    mehr lesen: Automatisierungsbranche investiert weiter in Europa

  • IÖW empfiehlt Gründung einer CDR-Allianz

    IÖW empfiehlt Gründung einer CDR-Allianz

    Unternehmen müssen im Zuge der Digitalisierung auch ethische, soziale und ökologische Auswirkungen berücksichtigen und managen. Hier rät das Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) zur Gründung einer Allianz aus Politik, Verbänden…

    mehr lesen: IÖW empfiehlt Gründung einer CDR-Allianz

  • Forscherinnen bringen Pilze zum Klingen

    Forscherinnen bringen Pilze zum Klingen

    Ein Team des Fraunhofer IWU will Pilzmyzel als Werkstoff für Transmissionline-Lautsprecher nutzbar machen. Das Material soll zunächst per 3D-Druck verarbeitet und dann im Wachstum beeinflusst werden. Erste Ergebnisse erscheinen vielversprechend.

    mehr lesen: Forscherinnen bringen Pilze zum Klingen

  • B2B-Messe beleuchtet XR- und Metaverse-Strategien

    B2B-Messe beleuchtet XR- und Metaverse-Strategien

    Anfang April stehen Extended Reality und das Metaverse auf der XR Expo im Mittelpunkt. Die B2B-Messe im Stuttgarter Haus der Wirtschaft bietet neben einer Fachausstellung auch verschiedene Workshops und Vorträge.

    mehr lesen: B2B-Messe beleuchtet XR- und Metaverse-Strategien

  • Tim Srock wird Geschäftsführer von Lobster

    Tim Srock wird Geschäftsführer von Lobster

    Zuletzt war Tim Srock CEO der Siemens-Tochter Mendix. Nun übernimmt er das Ruder beim No-Code-Spezialisten Lobster.

    mehr lesen: Tim Srock wird Geschäftsführer von Lobster

  • Cyberbedrohungen auf Rekord-Niveau

    Cyberbedrohungen auf Rekord-Niveau

    2023 blockierte Trend Micro mehr als 161 Milliarden Cyberbedrohungen weltweit – 10 Prozent mehr als im Jahr zuvor und fast 107 Milliarden mehr als noch vor fünf Jahren.

    mehr lesen: Cyberbedrohungen auf Rekord-Niveau