Roboter lernen in der Interaktion mit dem Menschen

Ob Oberflächenbearbeitung oder Mülltrennung: Roboter können vom Menschen lernen, diese Aufgaben auszuführen.
Ob Oberflächenbearbeitung oder Mülltrennung: Roboter können vom Menschen lernen, diese Aufgaben auszuführen. – Bild: Plattform Lernende Systeme

Um einem großen Teil der Gesellschaft die Teilhabe an lernfähigen Robotern zu ermöglichen, ist es dabei essenziell, dass Roboter in der Lage sind, auch von Alltagsnutzenden ohne Programmiervorkenntnisse neue Aufgaben zu erlernen.

Recycling komplett ph1
Bild: Plattform Lernende Systeme

Lernen von Demonstrationen und Feedback

Zwei vielversprechende Ansätze, wie Roboter von Menschen lernen können, sind das Lernen von Demonstrationen und das interaktive Reinforcement-Lernen. Beim Lernen von Demonstrationen können Roboter entweder vom Menschen an die Hand genommen und durch die Aufgabe geführt werden oder sie beobachten Menschen, die selbst eine Aufgabe durchführen, versuchen anschließend das Gesehene zu verstehen und zu kopieren. Menschliche Demonstrationen können dabei zum einen genutzt werden, um bekannte Teilaufgaben wiederzuerkennen und in neuer Rheinfolge auszuführen sowie um komplett neue Bewegungs- und Aufgabenabläufe zu erlernen.

Beim interaktiven Reinforcement-Lernen hingegen nutzen Roboter durch Interaktion mit Menschen gewonnenes Feedback, um vorher Erlerntes iterativ zu verbessern. Menschen können dabei Roboter während der Ausführung ihrer Aufgaben bewerten. So können Roboter zusätzlich auch persönliche Präferenzen ihrer Nutzer für Aufgabendurchführungen lernen. Feedback kann hierbei entweder explizit z.B. über Tablet oder Spracheingabe gegeben werden oder Roboter lernen durch implizites Feedback, also dadurch, wie ihr Verhalten menschliches Verhalten oder den Erfolg der Aufgabendurchführung beeinflusst.

Menschliche Fehlerquellen beim Lernen

Lernfähige Robotiksysteme, die durch direkte Interaktion mit Menschen lernen und zuvor Gelerntes verbessern können, verfügen über großes Potenzial in vielen Einsatzbereichen. Voraussetzung: Die Roboter sind sicher. Eine wichtige Frage aktueller Forschung ist daher, wie man Roboter und die von ihnen genutzten Algorithmen gegen fehlerhafte oder unerwünschte menschliche Demonstrationen absichern kann. Im Gegensatz zu klassisch programmierten Robotern sollte bei lernfähigen Robotiksystemen z.B. sichergestellt werden, dass sie potenzielle Unsicherheiten oder Inkonsistenz in menschlichem Feedback verstehen. Ebenso wichtig ist es, dass die Roboter einen zuvor definierten Kernaufgabenbereich auch durch menschliche Demonstrationen nicht verlassen können.

Die Entwicklung von sicheren und menschenzentrierten zukünftigen Lernalgorithmen erfordert deswegen insbesondere interdisziplinäre Forschung aus Kognitionswissenschaften, Robotik und maschinellem Lernen. Ziel ist es zu verstehen, wie Menschen Demonstrationen und Feedback geben und geben wollen und zu erkunden, wie die Roboter der Zukunft davon am besten lernen können.

Roboter für eine bessere Trennung von Wertstoffen

Für die Mülltrennung existieren bereits gut funktionierende technische Lösungen. Menschen müssen dabei aber oft immer noch mithelfen, was meist zumindest belastend, manchmal auch gesundheitsschädlich oder gar gefährlich ist. Die Mülltrennung erreicht jedoch oft nicht die gewünschte Qualität und stößt dabei auch oft an Kapazitätsgrenzen, was die Qualität einer sauberen Mülltrennung zusätzlich senken kann. Pick&Place-Roboter werden heute schon breit eingesetzt und sind vergleichsweise günstig. Im Zusammenspiel mit geeigneter Sensorik könnten sie das manuelle Herausgreifen von Objekten in den Sortieranlagen automatisieren.

Zukunftsperspektiven mit KI

Lernen durch Interaktion kann dazu beitragen, dass über Zwischenschritte der Teilautomatisierung (Stichwort: variable Autonomie), höhere Autonomiegrade im Recycling erreicht werden und sukzessive mit jeder Interaktion auch die Robustheit der nötigen KI-Modelle gestärkt wird. Ein auf diese Weise verbessertes Recycling kann zu einem zentralen Bestandteil einer Kreislaufwirtschaft werden, insbesondere aufgrund multimodaler Sensorik wie z.B. der Detektion verborgener oder zu demontierender Objekte. Zudem stellt es eine Vorstufe zu weiteren Betriebsstationen dar, wie der Demontage, in der aussortierte Wertstoffe zerlegt und auch Rohstoffe wiedergewonnen werden. Innerhalb von bereits bestehenden Anlagen, in denen klassische Methoden der Müllsortierung angewandt werden, können lernfähige Robotiksysteme komplementär eingesetzt werden (z.B. zur Qualitätssteigerung und -sicherung).

So werden in mehrfacher Hinsicht Potenziale frei:

  • Freisetzung von Arbeitskraft für Aufgaben mit höherer Wertschöpfung durch Rationalisierung von unattraktiven, unangenehmen oder potenziell gefährlichen Arbeitsprozessen
  • Erhöhte Sicherheit für Menschen vor Gefahrstoffen und gefährlichen Objekten
  • Betriebswirtschaftliche Vorteile bei perspektivischer Vollautomatisierung: Günstigere Betriebsbedingungen sowie gegebenenfalls Wegfall von an Menschen angepasste (Sicherheits-) Bedingungen (Lüftung, Arbeitsraum, Unfallschutz etc.)

Quellen des Lernens

  • Beobachten menschlicher Aktivitäten, z.B. Lernen durch Demonstration (Was greift der Mensch wie?)
  • Hinweise des Menschen auf entferntere, zu sortierende Objekte, z.B. Zeigen mit einem Laserpointer oder auf übertragenen Kamerabildern des Förderbandes
  • Kommentierung durch den Menschen in der Lernphase, z.B. Benennung von Objekten, Materialien.
  • Menschliche (verbale) Kommentierung oder Instruktion, um Affordanzen (Objekt ist greifbar, anhebbar etc.) oder Greiffähigkeiten zu lernen
  • Simultanes Lernen von allen menschlichen Instruktoren an mehreren Förderbändern; so kann jede Roboterinstanz von den gelernten Fähigkeiten anderer Instanzen profitieren, z.B. Erkennen eines Objekts oder Ausführen eines Griffs

Methoden des Lernens

  • Reinforcement Learning (bestärkendes Lernen)
  • Ensemble-Lernen (gemeinsames Lernen, z.B. föderiertes Lernen)
  • Few-shot Learning (KI-Modelle entwickeln mit geringen Datenmengen)
  • Lernen im Team (bei mehreren Robotern)
  • Transfer Learning (verschiedene Domänen, z.B. zwischen örtlich getrennten Recyclinganlagen)
  • Selbstlernen/Weiterlernen ab einer gewissen Ergebnisqualität des Robotereinsatzes


  • Automatica auf Wachstumskurs

    Automatica auf Wachstumskurs

    Die Vorbereitungen für die nächste Automatica laufen. Vom 24. bis 27. Juni 2025 bringt die Messe in sechs Hallen Industrie und Forschung zusammen und bietet einen Überblick zu aktuellen Themen…

    mehr lesen: Automatica auf Wachstumskurs

  • Cyberkriminelle nutzen Microsoft Teams als Einfallstor

    Cyberkriminelle nutzen Microsoft Teams als Einfallstor

    Die Cybersecurity-Experten von Sophos X-Ops haben eine aktive Bedrohungskampagne näher untersucht, bei der zwei verschiedene Gruppen von Bedrohungsakteuren Unternehmen infiltrieren, indem sie die Funktionalität der Office-365-Plattform missbrauchen und anschließend versuchen,…

    mehr lesen: Cyberkriminelle nutzen Microsoft Teams als Einfallstor

  • Xitaso ernennt Dr. Andreas Angerer zum Geschäftsführer und CTO

    Xitaso ernennt Dr. Andreas Angerer zum Geschäftsführer und CTO

    Der Software Engineering-Dienstleister Xitaso hat Dr. Andreas Angerer (Bild) zum Geschäftsführer und Chief Technology Officer (CTO) ernannt.

    mehr lesen: Xitaso ernennt Dr. Andreas Angerer zum Geschäftsführer und CTO

  • Cumulocity schließt Management-Buyout ab

    Cumulocity schließt Management-Buyout ab

    Cumulocity hat nun offiziell den Verkauf durch die Software AG an das Management-Team des IIoT-Spezialisten bekanntgegeben.

    mehr lesen: Cumulocity schließt Management-Buyout ab

  • Motek und Bondexpo: drei statt vier Messetage

    Motek und Bondexpo: drei statt vier Messetage

    Die 43. Motek, internationale Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung, findet zusammen mit der 18. Bondexpo, internationale Fachmesse für Klebtechnologie, vom 7.bis 9. Oktober 2025 in Stuttgart statt. Wie der Messeveranstalter…

    mehr lesen: Motek und Bondexpo: drei statt vier Messetage

  • Trends und Themen im Maschinen- und Anlagenbau

    Trends und Themen im Maschinen- und Anlagenbau

    Der Maschinen- und Anlagenbau steht vor Herausforderungen, die gleichzeitig Chancen zur Neuausrichtung von Prozessen, Geschäftsmodellen und Strukturen bieten.

    mehr lesen: Trends und Themen im Maschinen- und Anlagenbau

  • RoX – ein digitales Ökosystem für KI-basierte Robotik

    RoX – ein digitales Ökosystem für KI-basierte Robotik

    Das Verbundprojekt RoX widmet sich dem Aufbau eines digitalen Ökosystems, das den Einsatz neuer KI-basierter robotischer Systeme in praxisrelevanten Anwendungen und Branchen ermöglichen soll.

    mehr lesen: RoX – ein digitales Ökosystem für KI-basierte Robotik

  • Wie unstrukturierte Daten und KI Storage-Infrastrukturen verändert

    Wie unstrukturierte Daten und KI Storage-Infrastrukturen verändert

    Die Menge unstrukturierter Daten nimmt zu, auch weil sie als Grundlage für Applikationen mit künstlicher Intelligenz benötigt werden.

    mehr lesen: Wie unstrukturierte Daten und KI Storage-Infrastrukturen verändert

  • KI für Ergonomie am Arbeitsplatz

    KI für Ergonomie am Arbeitsplatz

    Homeoffice, flexible Arbeitsplätze und -orte sowie Videokonferenzen – in den letzten Jahren hat die Veränderung der Arbeitswelt ordentlich an Fahrt aufgenommen.

    mehr lesen: KI für Ergonomie am Arbeitsplatz

  • Absolute IT-Sicherheit ist eine Illusion, die wir nicht brauchen

    Absolute IT-Sicherheit ist eine Illusion, die wir nicht brauchen

    Der Satz „Eine hundertprozentige IT-Sicherheit gibt es nicht“ ist vielen bekannt. Doch die Frage ist: Was folgt daraus? Das erklärt Christian Koch (Bild), Senior Vice President Cybersecurity, Innovations & Business…

    mehr lesen: Absolute IT-Sicherheit ist eine Illusion, die wir nicht brauchen

  • ZVEI kommentiert die Exportbeschränkungen der Biden-Regierung auf KI-Chips

    ZVEI kommentiert die Exportbeschränkungen der Biden-Regierung auf KI-Chips

    Wolfgang Weber, Vorsitzender der ZVEI-Geschäftsführung, fordert die EU-Kommission und die kommende Bundesregierung zum Handeln auf und kommentiert die heute bekanntgewordenen Exportbeschränkungen der US-Regierung auf KI-Chips wie folgt:“Die heute verkündeten Exportbeschränkungen…

    mehr lesen: ZVEI kommentiert die Exportbeschränkungen der Biden-Regierung auf KI-Chips

  • Stellenwert von Software im Maschinenbau steigt

    Stellenwert von Software im Maschinenbau steigt

    Besonders die Bedeutung der Softwareentwicklung für die eigenen Produkte oder kundenindividuellen Lösungen steigt in den kommenden fünf Jahren nochmals stark an.

    mehr lesen: Stellenwert von Software im Maschinenbau steigt