Roboter
Sie sollen zu vielseitigen Helfern des Menschen werden: Roboter könnten einmal völlig selbstständig als Rettungskräfte Verletzte aus einsturzgefährdeten Gebäuden bergen oder uns bei der Hausarbeit unterstützen, wenn uns das Bücken schwerfällt. Als Autonome Fahrzeuge würden sie uns eigenständig zu einem Ziel chauffieren. Und Ärzte könnten winzige Wirkstofftransporter oder Operationshelfer in den Körper eines Patienten schicken, um gezielt Krankheitsherde zu behandeln. Forscher diverser Max-Planck-Institute arbeiten daran, dass Roboter autonom und flexibler im Einsatz werden.
Roboter können heute noch viel weniger, als Science-Fiction-Autoren ihnen zuschreiben. Zwar nennen sich viele Spielzeuge Roboter, erfüllen können sie den Anspruch allerdings kaum. Praktisch nützliche Roboter dienen der produzierenden Industrie als zuverlässige, aber auch sture und nicht sehr flexible Helfer. Ähnlich pflichtbewusst, aber auch stumpfsinnig sind die Geräte, die selbstständig den Rasen mähen oder staubsaugend durch eine Wohnung rollen. Obwohl manche Roboter wie etwa Sophia, die ein Unternehmen aus Hong Kong entwickelt hat, Menschen inzwischen recht ähnlichsehen und sogar menschliches Verhalten imitieren können, ist es mit ihrer Bewegungsfähigkeit und künstlichen Intelligenz nicht weit her. Schon beim Gehen geraten die meisten Maschinenwesen auf unebenem Gelände so schnell aus dem Tritt wie Kleinkinder, die gerade laufen lernen. Auch im Umgang mit dem Menschen reagieren Roboter noch nicht immer so flexibel, wie es für einen gefahrlosen Kontakt mit Menschen nötig wäre. Ganz zu schweigen davon, dass es zwar Rasenmäher- und Staubsaugerroboter gibt, aber noch keinen, der beides kann und vielleicht auch noch selbständig einen staubgefüllten Beutel zur Mülltonne trägt oder gar stumpfe Messer für den nächsten Grasschnitt ersetzt. Selbst Industrieroboter bewältigen heute nur bestimmte Aufgaben, für die sie programmiert wurden – mit Abweichungen von ihrer Routine sind sie solange heillos überfordert, bis ihre Software entsprechend umgeschrieben wird.
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Damit Roboter künftig auch Aufgaben bewältigen können, bei denen Flexibilität gefordert ist, damit sie sich auf unbekanntem Terrain zurechtfinden, auch auf unebenem Grund nicht stolpern und neue Tätigkeiten erlernen können, ohne immer wieder neu instruiert zu werden, ist ein Ziel von Wissenschaftlern der Max-Planck-Institute für Intelligente Systeme und für Mathematik in den Naturwissenschaften: Sie erforschen, wie Roboter lernen und verfolgen dabei verschiedene Wege.
Von Neugier getrieben
Forscher des Leipziger Max-Planck-Instituts für Mathematik in den Naturwissenschaften etwa statten elektronische Gehirne mit spielerischer Neugier aus. So bringen sie Roboter dazu, von selbst ihren motorischen Spielraum auszuloten und sich immer neue Bewegungen anzueignen.
Roboter lernen dank künstlicher Intelligenz neue Aufgaben
Damit Robotern lernen und nicht zuletzt ohne Gefahr mit Menschen umgehen können, setzen Wissenschaftler des Tübinger Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme auf künstliche Intelligenz, genauer gesagt auf Methoden des Maschinellen Lernens. Dabei sammelt eine Software große Mengen an Daten, zum Beispiel beim Balancieren eines Stabes oder bei wiederholten Griffen nach unterschiedlichen Gegenständen. Der Erfahrungsschatz hilft einem Roboter, eine Aufgabe auch dann zu bewältigen, wenn es dabei zu Abweichungen von der Routine kommt. Einen etwas anderen Ansatz verfolgen die Forscher bei dem Versuch, Robotern komplexe Bewegungen wie etwa das Tischtennisspiel beizubringen. Dafür stellen sie ihren Zöglingen eine ganze Palette einfacher Bewegungen, sogenannter Primitive, zur Verfügung, aus denen sich komplexere Aktionen wie ein Schlag mit der Tischtennis-Rückhand kombinieren lässt. Mithilfe des maschinellen Lernens optimiert der Roboter die entsprechenden Bewegungsabläufe anschließend selbstständig unter anderem durch Verstärkungslernen (reinforcement learning).
Autonome Autos mit vorausschauender Fahrweise
Durch eine komplexe, unbekannte Umgebung steuern und plötzlich auftauchenden Hindernissen ausweichen zu können, sind Fähigkeiten, über die Autonome Fahrzeuge unbedingt verfügen müssen, damit sie sicher sind. Und die müssen auch in unübersichtlichen Verkehrssituationen und bei schlechter Sicht schnell reagieren, oder wenn unvermittelt ein Fußgänger zwischen parkenden Autos hervortritt. Um stets den Überblick zu behalten, der für vorausschauendes Fahren nötig ist, müssen die Roboter komplexe Straßenszenen analysieren und verstehen. Das ermöglichen ihnen Forscher der Max-Planck-Institute für Intelligente Systeme und für Informatik: Sie entwickeln Software, die aus zweidimensionalen Bildern dreidimensionale Modelle der Wirklichkeit rekonstruiert. Die Programme greifen dabei auf Vorwissen etwa über das mögliche Verhalten von Verkehrsteilnehmern zurück und werden durch Maschinelles Lernen geschult, eine Situation auch dann richtig zu interpretieren, wenn ihnen nur unvollständige Daten zur Verfügung stehen.
Winzige Roboter für die Medizin
Roboter könnten künftig aber nicht nur als Helfer bei Rettungseinsätzen oder im Haushalt und als autonome Fahrzeuge zum Einsatz kommen. Als Geräte, die einige Mikro- bis wenige Zentimeter groß sind, könnten sie auch Assistenzjobs von Ärzten übernehmen, etwa indem sie im menschlichen Körper kleine Operationen ausführen oder Wirkstoffe direkt zu einem Krankheitsherd bringen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart erforschen verschiedene Antriebstechniken, mit denen sich solche winzigen Vehikel durch den Organismus manövrieren lassen. Sie nehmen sich dabei Fortbewegungsarten verschiedener Tiere zum Vorbild, die sie mit technischen Mitteln imitieren. Mal ahmen sie dabei die Peristaltik eines Regenwurms nach, mal die Schläge, die Quallen mit ihren Tentakeln ausführen oder die Kriechbewegungen von Raupen. Als besonderes Bewegungstalent hat sich ein wenige Millimeter großer Silikonstreifen erwiesen, in den die Forscher auf ausgeklügelte Weise Magnetpartikel einbetteten. Durch ein äußeres Magnetfeld gesteuert kann das winzige Gefährt daher laufen, springen, schwimmen und sogar kleine Lasten transportieren.
Für medizinische Assistenztätigkeiten bereits ausgerüstet ist ein Roboter, der kaum größer ist als eine Medikamentenkapsel. Er lässt sich magnetisch steuern, kann mit einer Kamera auf seine Umgebung blicken und Gewebeproben nehmen oder Medikamente transportieren. Sein Einsatzgebiet könnten etwa Magenerkrankungen werden.
