Ein Roboter mit Fingerspitzengefühl

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Eine technische Sensation: So wie Professor Wolfgang Ertel die Kugel mit der Hand drehen kann, ist es auch dem Roboter "Learning (Foto: Wolfgang Heyer)
Wolfgang Heyer

Eine Kugel mit den Fingern anheben und drehen? Für den Menschen kein Problem. Für einen Roboter stellt diese eigentlich simple Handlung gleichwohl eine hochkomplexe Anwendung dar, die das Steinbeis-Transferzentrum „Künstliche Intelligenz und Datensicherheit“ an der Hochschule Ravensburg-Weingarten im Auftrag des Pneumatik-Herstellers Festo in nur zehn Monaten erfolgreich verwirklichen konnte.

„Neben dem geringen Zeithorizont stellten uns vor allem die bislang fast ausschließlich theoretischen Forschungsarbeiten der weltweiten Forschergemeinschaft vor Herausforderungen. Es war für uns ein mutiger Sprung ins kalte Wasser“, berichtet Wolfgang Ertel von der zu überwindenden Kluft zwischen Theorie und Praxis. Insgesamt sieben verschiedene Hardware- und Software-Versionen brachten die Tüftler ihrem Ziel immer näher. Von Mai 2012 bis März 2013 wurden unter anderem die abstrakten Fingerkuppen aus Hardplastik durch Silikon und biegbare Balken durch Gelenke ersetzt. „Bei der Programmierung sahen wir uns dem Fluch der Dimensionen ausgesetzt. Das heißt bei vier Fingern und jeweils drei Gelenken hatten wir zwölf Freiheitsgrade. Allein beim Startzustand standen also 3¹², gleich 531 441 Gesamtaktionen zur Aus-wahl“, erklärt Ertel das hochdimen-sionale Problem, dem nur ein gewiefter Algorithmus entgegenwirken konnte. Mit Hilfe der sogenannten Feedbackfunktion gelang es Informatiker Stephan Schädle, den Roboter derart zu programmieren, dass er über positive beziehungsweise negative Rückmeldung selbständig erlernte, die Kugel in eine entsprechende Position zu bringen. „Dafür hat er in einem zweistufigen Lernprozess zuerst Grundlagen-Funktionen gelernt, beispielsweise vertikal oder horizontal drehen oder einfach nur anheben oder absenken“, so Ertel. Was folgte, war die selbständige Verhaltensoptimierung. Bis einen Tag vor der Hannover Messe waren die Forschungsarbeiten des Hochschul-Teams noch voll im Gange. Doch pünktlich zum Messestand-Besuch der Bundeskanzlerin Angela Merkel und Russlands Präsident Wladimir Putin war der „Learning Gripper“ fertig gestellt und bescherte allen Beteiligten ein Hochgefühl.

Die Innovation des luftdruckbetriebenen lernenden Greifers liegt vor allem in der Fachwissens-Symbiose aus dem Maschinenbau und der Informatik. „Viele Industrieroboter sind dumm. Wenn das Werkstück nur ein paar Zentimeter verrückt ist, setzen sie beispielsweise die Schweißnaht falsch. Mit Hilfe der künstlichen Intelligenz können die Maschinen deutlich verbessert werden“, verdeutlicht Wolfgang Ertel auch die kurz bevorstehende, nächste technische Revolution. Einige Firmen hätten bereits Kontakt zu ihm aufgenommen und seien an praktischen Lösungen interessiert. Derweil wird der „Learning Gripper“ weiter optimiert und den Studenten der Hochschule für Abschlussarbeiten zur Verfügung gestellt.

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