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.



  • MES-Strategie entwickeln

    MES-Strategie entwickeln

    Ein Workshop von HIR Hoff Industrie Rationalisierung behandelt die mögliche Rolle von Manufacturing-Execution-Systemen in Zeiten der digitalen Transformation.

    mehr lesen: MES-Strategie entwickeln

  • Maschinenbau spürt weitere Auswirkungen der Corona-Krise

    Maschinenbau spürt weitere Auswirkungen der Corona-Krise

    Der Maschinenbau bekommt die Folgen der Corona-Pandemie mit zunehmender Wucht zu spüren. Das geht aus einer zweiten Umfrage des VDMA unter 965 Mitgliedsfirmen hervor.

    mehr lesen: Maschinenbau spürt weitere Auswirkungen der Corona-Krise

  • Beratungsangebote rund ums Homeoffice

    Beratungsangebote rund ums Homeoffice

    Cosmo Consult will in der Corona-Krise mit teils kostenfreie Webinaren, Workshops und Beratungspaketen Fachwissen rund um Microsoft Teams und die digitale Zusammenarbeit im Homeoffice anbieten.

    mehr lesen: Beratungsangebote rund ums Homeoffice

  • Stimmung in der Digitalbranche trübt sich ein

    Stimmung in der Digitalbranche trübt sich ein

    Nach 24,6 Punkten im Februar, ist der Bitkom-Ifo-Digitalindex im März auf 0,6 Punkte zurückgegangen. Dabei sind von den negativen Folgen im Zuge der Corona-Krise vor allem die Industrie und der…

    mehr lesen: Stimmung in der Digitalbranche trübt sich ein

  • Mit OPC UA over TSN zur Losgröße 1

    Mit OPC UA over TSN zur Losgröße 1

    Im Maschinenbau werden immer häufiger modulare Anlagen gefertigt. Deren Zusammenstellung aus Spezialmodulen für verschiedene Teilaufgaben von unterschiedlichen Herstellern scheiterte bisher oft an inkompatiblen Kommunikationsstandards.

    mehr lesen: Mit OPC UA over TSN zur Losgröße 1

  • Automatica in den Dezember verlegt

    Automatica in den Dezember verlegt

    Die Messe München hat sich dazu entschlossen, die Messe Automatica, die vom 16. bis zum 19. Juni stattfinden sollte, in den Dezember zu verschieben.

    mehr lesen: Automatica in den Dezember verlegt

  • Weltmarkt für Maschinen legt 2019 leicht zu

    Weltmarkt für Maschinen legt 2019 leicht zu

    Neue Maschinen und Anlagen waren auch im vergangenen Jahr weltweit gefragt. Allerdings erfolgten die Geschäfte bereits unter erschwerten Bedingungen: Der Wandel in der Automobilindustrie, der Handelskrieg zwischen den USA und…

    mehr lesen: Weltmarkt für Maschinen legt 2019 leicht zu

  • Keine Hannover Messe in 2020

    Keine Hannover Messe in 2020

    Die Hannover Messe kann dieses Jahr nicht stattfinden. Grund ist die zunehmend kritische Lage aufgrund der Covid-19-Pandemie und eine Untersagungsverfügung der Region Hannover.

    mehr lesen: Keine Hannover Messe in 2020

  • Nächste Management-Generation bei Siemens

    Nächste Management-Generation bei Siemens

    Siemens-CEO Joe Kaeser hat den Aufsichtsrat darüber informiert, dass er keine Verlängerung seines Vertrages anstrebt. Er wird zum Aufsichtsratsvorsitzenden der Siemens Energy vorgeschlagen.

    mehr lesen: Nächste Management-Generation bei Siemens

  • Wie weit sind deutsche Unternehmen beim Internet of Things?

    Wie weit sind deutsche Unternehmen beim Internet of Things?

    Die Industrie setzt IoT-Lösungen vornehmlich in der Produktion, bei der Zeiterfassung und in der Lagerverwaltung ein. Dies geht aus einer Befragung hervor, die Ende vergangenen Jahres durchgeführt wurde.

    mehr lesen: Wie weit sind deutsche Unternehmen beim Internet of Things?

  • Weltwirtschaft vor erheblichen Wachstumsverlusten

    Weltwirtschaft vor erheblichen Wachstumsverlusten

    Finanzmarktexperten rechnen damit, dass die Corona-Pandemie das globale reale Bruttoinlandsprodukt erheblich belasten wird. Insbesondere die deutsche Wirtschaft wird dabei stark in Mitleidenschaft gezogen. Mit Blick auf einzelne Branchen schwanken die…

    mehr lesen: Weltwirtschaft vor erheblichen Wachstumsverlusten

  • Corona-Krise könnte Hunderte von Milliarden Euro kosten

    Corona-Krise könnte Hunderte von Milliarden Euro kosten

    Das Coronavirus könnte Deutschlands Wirtschaft Hunderte von Milliarden Euro Produktionsausfälle bescheren, Kurzarbeit und Arbeitslosigkeit in die Höhe schießen lassen und den Staatshaushalt erheblich belasten. Das geht aus aktuellen Berechnungen des…

    mehr lesen: Corona-Krise könnte Hunderte von Milliarden Euro kosten