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.



  • Leadec übernimmt AVI GmbH

    Leadec übernimmt AVI GmbH

    Leadec hat zum 1. November die AVI GmbH übernommen. Das Unternehmen ist im Bereich Automation sowie produktionsnaher IT tätig.

    mehr lesen: Leadec übernimmt AVI GmbH

  • Inlandsorders wieder im Plus

    Inlandsorders wieder im Plus

    Der Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland erholt sich schrittweise von den Folgen der Corona-Krise. Nach dem saisonalen Rückschlag im August zeigte der Auftragseingang im September 2020 wieder ein positives Bild.

    mehr lesen: Inlandsorders wieder im Plus

  • Mit ‘Sammi‘ Fremdkörper in Lebensmitteln aufspüren

    Mit ‘Sammi‘ Fremdkörper in Lebensmitteln aufspüren

    Fremdkörper in Lebensmittel können für Konsumenten gefährlich werden. Die etablierten Röntgenverfahren erkennen vor allem Metalle – Glas, Kunststoff und Holz stellen hingegen eine Herausforderung dar. Der Prototyp ‘Sammi‘ soll diese…

    mehr lesen: Mit ‘Sammi‘ Fremdkörper in Lebensmitteln aufspüren

  • Jens-Peter Hess neuer Geschäftsführer bei Centric Deutschland

    Jens-Peter Hess neuer Geschäftsführer bei Centric Deutschland

    Mit Jens-Peter Hess hat der SAP-Spezialist Centric einen neuen Geschäftsführer. Er wird das Unternehmen gemeinsam mit Steven Wernike leiten.

    mehr lesen: Jens-Peter Hess neuer Geschäftsführer bei Centric Deutschland

  • Ingenieurarbeitsmarkt gerät zunehmend unter Druck

    Ingenieurarbeitsmarkt gerät zunehmend unter Druck

    Die Corona-Krise hinterlässt auch auf dem Ingenieurarbeitsmarkt Spuren. Das zeigen die Zahlen für das 3. Quartal aus dem aktuellen Ingenieurmonitor, den der VDI mit dem Institut der deutschen Wirtschaft (IW)…

    mehr lesen: Ingenieurarbeitsmarkt gerät zunehmend unter Druck

  • Keine FMB in diesem Jahr

    Keine FMB in diesem Jahr

    Vom 4. bis zum 6. November sollte in Bad Salzuflen die FMB – Zuliefermesse für den Maschinenbau über die Bühne gehen. Durch die aktuelle Pandemie-Lage haben die Veranstalter die Messe…

    mehr lesen: Keine FMB in diesem Jahr

  • Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil

    Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil

    Mit einem leichten Anstieg um 0,1 Punkte gegenüber dem Vormonat zeigt sich das IAB-Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil

  • Verkaufszahlen von Servicerobotern steigen weltweit um 32 Prozent

    Verkaufszahlen von Servicerobotern steigen weltweit um 32 Prozent

    Der Markt für Serviceroboter erfährt durch die Covid-19-Pandemie einen Schub. So prognostiziert die International Fedaration of Robotics, dass sich der Umsatz mit in diesem Bereich bis 2022 mehr als verdoppeln…

    mehr lesen: Verkaufszahlen von Servicerobotern steigen weltweit um 32 Prozent

  • Deutsche Wirtschaft wieder etwas skeptischer

    Deutsche Wirtschaft wieder etwas skeptischer

    Erstmals nach fünf Anstiegen in Folge ist der Ifo-Geschäftsklima-Index im Oktober wieder gesunken. Im Verarbeitenden Gewerbe liegt der Geschäftsklimaindikator allerdings erstmals seit Juni 2019 wieder im positiven Bereich.

    mehr lesen: Deutsche Wirtschaft wieder etwas skeptischer

  • Kontron-Standorte gründen europäischen EMS/ODM-Verbund

    Kontron-Standorte gründen europäischen EMS/ODM-Verbund

    Die europäischen Produktionsstandorte des Embedded-Spezialisten Kontron sollen zu einem EMS/ODM-Verbund zusammengeschlossen werden.

    mehr lesen: Kontron-Standorte gründen europäischen EMS/ODM-Verbund

  • Partnerschaft zwischen Siemens und Log.Go.Motion

    Partnerschaft zwischen Siemens und Log.Go.Motion

    Im Rahmen einer Partnerschaft vertreibt Siemens zukünftig die Lösung Moby.Check des Digitalisierungsspezialisten Log.Go.Motion.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Siemens und Log.Go.Motion

  • SAP legt Quartalszahlen vor und passt Jahresziele an

    SAP legt Quartalszahlen vor und passt Jahresziele an

    Der Softwarekonzern SAP hat seine Zahlen für das dritte Quartal 2020 veröffentlicht. Demnach erzielte der Softwarekonzern weniger Umsatz als noch im Vorjahresquartal. Das Cloudgeschäft legte hingegen zu.

    mehr lesen: SAP legt Quartalszahlen vor und passt Jahresziele an